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Circuiti ottici su nanoscala

Gli scienziati hanno sviluppato nuove tecniche per rilevare onde sincronizzate di densità di carica elettronica in materiali nanostrutturati. La tecnologia dovrebbe accelerare lo sviluppo di nuovi dispositivi magneto-ottici.
Circuiti ottici su nanoscala
Il tentativo di fare luce sui misteri del mondo quantistico sta già portando a nuovi materiali e dispositivi. Le oscillazioni sincronizzate di densità di carica elettronica nelle interfacce in alcune nanostrutture metalliche vengono chiamate risonanze plasmoniche di superficie localizzate (LSPR, Localised Surface Plasmon Resonance).

I dispositivi plasmonici attivi che utilizzano un dato chimico o fisico per controllare un sistema plasmonico presentano un elevato potenziale per l'uso nei circuiti ottici su nanoscala, compresi i biosensori avanzati. Se tale dato è un campo magnetico, il risultato è un sistema magneto-plasmonico.

Il progetto IPMAGNA ("Imaging the plasmonic activity of magnetic nanostructures"), finanziato dall'UE, è stato promosso per fare ricerche sulle LSPR mediante tecniche di microscopia a sonda locale nelle nanostrutture che presentano proprietà magneto-ottiche (MO, Magneto-Optic). A tale scopo, gli scienziati hanno cercato di illuminare i materiali nanostrutturati per indurre le risonanze LSPR, quindi utilizzare le misurazioni di microscopia a forza magnetica (MFM, Magnetic Force Microscopy) durante l'illuminazione per rilevare i componenti magnetici della relativa distribuzione di campo (rilevamento MFM al momento dell'illuminazione).

I ricercatori hanno modificato la punta di una sonda AFM (Atomic Force Microscopy, Microscopia di forza atomica) commerciale con un rivestimento metallico da utilizzare nelle misurazioni MFM. Hanno sviluppato tecniche di nanofabbricazione per creare nanodischi e nanofori in pellicole sottili. Sono stati inoltre in grado di sintonizzare la lunghezza d'onda delle LSPR (la relativa frequenza di oscillazione) con la lunghezza d'onda del laser utilizzato per la MFM controllando la composizione e le dimensioni delle nanostrutture. L'ottimizzazione della tecnica di rilevamento MFM è stata seguita dalla riduzione al minimo dell'interferenza laser tra il laser di eccitazione e il laser di rilevamento, nonché dall'aumento del rapporto segnale/rumore. Infine, gli scienziati hanno utilizzato un nuovo metodo di rilevamento consentendo un aumento del 20 % della risoluzione laterale e una distanza puntale-campione di soli 2 nanometri.

Sebbene i ricercatori non abbiamo rilevato un'affidabile firma magnetica associata alle LSPR, l'evidenza suggerisce che potenze laser superiori potrebbero risolvere le problematiche inerenti. Nel frattempo, le nuove tecniche di rilevamento magnetico sviluppate dal team dovrebbero trovare applicazione immediata sia nella ricerca accademica, sia nell'industria dove la MFM è una tecnica comunemente impiegata nella valutazione dei mezzi di conservazione magnetici.

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