[h=2]پلاسمونيک: وقتي نقره بهتر از طلاست
فانو رزونانس معمولا در محدوده طول موج مادون قرمز اتفاق مي‌افتد که براي به‌کارگيري در حوزه حسگري مناسب نيست. محققان با استفاده از نانوساختارهايي از جنس نقره، تابش‌هاي فانو رزونانس را به محدوده طول موج مرئي کشانده‌اند.
برخي نانوساختارهاي فلزي مي‌توانند از خود طيف‌هاي نامتقارن واضحي نشان دهند. اين ويژگي به فانو رزونانس شهرت دارد که توجهات زيادي را براي استفاده در حوزه‌هاي حسگري به خود جلب کرده است. فانو رزونانس به‌دليل تداخل مودهاي برانگيخته الکتروني موسوم به اگن مود ايجاد مي‌شود، بنابراين شکل و طول موج آن به‌شدت به کوچکترين تغييرات محيطي وابسته است. براي مثال تغيير کوچکي در ضريب شکست مي‌تواند فانو رزونانس را به‌شدت تغيير دهد.
تا به امروز بيشتر ساختارهاي فلزي که براي ايجاد فانورزونانس استفاده شده، از جنس طلا بوده است. طول موج فانو رزونانس در محدوده تابش‌هاي مادون قرمز است که براي استفاده در حوزه حسگري اصلا مناسب نيست. زينگ بو ژانگ و همکارانش از موسسه آاستار نانوساختاري حلقه‌اي از جنس نقره را براي توليد فانو رزونانس در محدوده نور مرئي ارائه کردند.
اين نانوساختارها از دو ديسک نقره‌اي تشکيل شده‌اند که پهنايي در حدود چند ده نانومتر دارند. اين دو ديسک خود درون يک حلقه نقره‌اي قرار دارند. پژوهشگران مودهاي نوري اين ساختار را با استفاده از روش اختلاف محدود دامنه زمان محاسبه کردند. آنها دريافتند که جفت شدن ميان يکي از اين ديسک‌ها با يک مود خاص با ديگري موجب تشکيل فانورزونانسي مي‌شود که طول موج آن زير 700 نانومتر است. اين طول موج در ناحيه نور مرئي قرار دارد.
شکل و طول موج فانو رزونانس توسط تغيير پارامترهاي هندسي تنظيم مي‌شود که اين پارامترها در واقع تعيين کننده ساختارهاي حلقه‌اي اين سيستم است. قابليت کليدي اين ساختار براي به‌کارگيري در حسگرهاي زيست مولکولي از اين حقيقت ناشي مي‌شود که واکنش انجام شده در اين ساختار موجب تغييراتي در محيط مي شود. محاسبات نشان مي‌دهد که با افزايش ضريب شکست محيط، فانورزونانس به شدت به سمت طول موج قرمز منتقل مي‌شود.
از اين سيستم مي‌توان در مواردي استفاده کرد که آنها يک پوشش نازک از ماده‌اي دي‌الکتريک، مانند مولکول‌هاي زيستي ويژه‌اي، روي نانوساختارها پوشش داده شده است.
اين يافته کاملا نظري هستند بنابراين بايد توسط تست‌هاي آزمايشگاهي تاييد گردد. براي اين کار محققان از ليتوگرافي پرتو الکتروني براي ساختن اين حلقه‌ها استفاده کردند، آنها اين ساختارها را روي ميکا ايجاد کرده و فانو رزونانس را در طيف نور مرئي مشاهده کردند.
مشاهده فانو رزونانس و حساسيت آن به تغييرات محيطي گام مهمي در حوزه حسگري به‌شمار مي‌رود. محققان درصدد بهبود طراحي اين نانوساختار هستند.
نتايج اين تحقيق در قالب مقاله‌اي تحت عنوانFano Resonance in dual-disk ring plasmonic nanostructures در نشريه Optics Express به چاپ رسيده است.
برخي نانوساختارهاي فلزي مي‌توانند از خود طيف‌هاي نامتقارن واضحي نشان دهند. اين ويژگي به فانو رزونانس شهرت دارد که توجهات زيادي را براي استفاده در حوزه‌هاي حسگري به خود جلب کرده است. فانو رزونانس به‌دليل تداخل مودهاي برانگيخته الکتروني موسوم به اگن مود ايجاد مي‌شود، بنابراين شکل و طول موج آن به‌شدت به کوچکترين تغييرات محيطي وابسته است. براي مثال تغيير کوچکي در ضريب شکست مي‌تواند فانو رزونانس را به‌شدت تغيير دهد.
تا به امروز بيشتر ساختارهاي فلزي که براي ايجاد فانورزونانس استفاده شده، از جنس طلا بوده است. طول موج فانو رزونانس در محدوده تابش‌هاي مادون قرمز است که براي استفاده در حوزه حسگري اصلا مناسب نيست. زينگ بو ژانگ و همکارانش از موسسه آاستار نانوساختاري حلقه‌اي از جنس نقره را براي توليد فانو رزونانس در محدوده نور مرئي ارائه کردند.
اين نانوساختارها از دو ديسک نقره‌اي تشکيل شده‌اند که پهنايي در حدود چند ده نانومتر دارند. اين دو ديسک خود درون يک حلقه نقره‌اي قرار دارند. پژوهشگران مودهاي نوري اين ساختار را با استفاده از روش اختلاف محدود دامنه زمان محاسبه کردند. آنها دريافتند که جفت شدن ميان يکي از اين ديسک‌ها با يک مود خاص با ديگري موجب تشکيل فانورزونانسي مي‌شود که طول موج آن زير 700 نانومتر است. اين طول موج در ناحيه نور مرئي قرار دارد.
شکل و طول موج فانو رزونانس توسط تغيير پارامترهاي هندسي تنظيم مي‌شود که اين پارامترها در واقع تعيين کننده ساختارهاي حلقه‌اي اين سيستم است. قابليت کليدي اين ساختار براي به‌کارگيري در حسگرهاي زيست مولکولي از اين حقيقت ناشي مي‌شود که واکنش انجام شده در اين ساختار موجب تغييراتي در محيط مي شود. محاسبات نشان مي‌دهد که با افزايش ضريب شکست محيط، فانورزونانس به شدت به سمت طول موج قرمز منتقل مي‌شود.
از اين سيستم مي‌توان در مواردي استفاده کرد که آنها يک پوشش نازک از ماده‌اي دي‌الکتريک، مانند مولکول‌هاي زيستي ويژه‌اي، روي نانوساختارها پوشش داده شده است.
اين يافته کاملا نظري هستند بنابراين بايد توسط تست‌هاي آزمايشگاهي تاييد گردد. براي اين کار محققان از ليتوگرافي پرتو الکتروني براي ساختن اين حلقه‌ها استفاده کردند، آنها اين ساختارها را روي ميکا ايجاد کرده و فانو رزونانس را در طيف نور مرئي مشاهده کردند.
مشاهده فانو رزونانس و حساسيت آن به تغييرات محيطي گام مهمي در حوزه حسگري به‌شمار مي‌رود. محققان درصدد بهبود طراحي اين نانوساختار هستند.
نتايج اين تحقيق در قالب مقاله‌اي تحت عنوانFano Resonance in dual-disk ring plasmonic nanostructures در نشريه Optics Express به چاپ رسيده است.