‘Picocavity’ focuses light below atomic scale / 'Picocavity' concentra la luce sotto la scala atomica
Material scientists and nanophotonics researchers from Cambridge University and the Centre for Materials Physics in San Sebastian, Spain, have developed a “magnifying glass” that can focus light down to the scale of single atoms.
The invention has the potential to unlock light-catalysed chemical reactions and to be used in opto-mechanical data storage devices.
Previously, it had been thought that it was not possible to focus light into a spot smaller than its wavelength. The Cambridge-led team used conductive gold nanoparticles to create an optical cavity so small that a single molecule could fit inside it; known as a “pico-cavity” by the researchers, it consists of bump in a gold nano structure the size of a single atom, and confines light to a space less than a billionth of a metre across.
Constructing the pico-cavity involved building a structure with single atom control. The Cambridge team sandwiched a layer of a self-assembling organic molecule, biphenyl-4-thiol, between a film of gold and a gold nanoparticle, with the whole assembly cooled to -260°C to reduce the speed of the atoms’ motion, and used lasers to move individual atoms in the nanoparticle, and allowed them to observe the atoms’ motion in real-time.
“Even single gold atoms behave just like tiny metallic ball-bearings in our experiments, with conducting electrons roaming around, which is very different from the quantum life where electrons are bound to the nucleus,” said Prof Jeremy Baumberg of the Nanophotonics Centre at Cambridge’s Cavendish Laboratory, who directed the project. Theoretician Prof Javier Aispurua of San Sebastian added: “Our models suggested that individual items sticking out might act as tiny lightning rods, but focusing light instead of electricity.”You are
In a paper in the journal Science, the team explains how the picocavity could help to investigate new interactions between light and matter, including the possibility of placing chemicals inside the cavity where light could activate or catalyse their reaction. This, they suggest, could also lead to development of new kinds of sensors.
ITALIANO
Gli scienziati dei materiali e ricercatori in nanofotonica della Cambridge University e il Centro per la Fisica della Materia a San Sebastian, in Spagna, hanno sviluppato una "lente di ingrandimento" che può focalizzare la luce fino alla scala di singoli atomi.
L'invenzione ha il potenziale di comprendere le reazioni chimiche catalizzate dalla luce ed essere utilizzati in dispositivi di memorizzazione dati con dispositivi opto-meccanici.
Precedentemente, si pensava che non era possibile focalizzare la luce in un punto del fascio inferiore sua lunghezza d'onda. Il gruppo guidato da Cambridge ha utilizzato nanoparticelle d'oro conduttive per creare una cavità ottica così piccola che una singola molecola potrebbe andare bene al suo interno; noto come "pico-cavità" dai ricercatori, si compone di una struttura in oro con la dimensione di un singolo atomo, e confina luce ad uno spazio meno di un miliardesimo di metro di diametro.
Costruire la pico-cavità ha coinvolto la costruzione di una struttura di controllo con singolo atomo. Il gruppo di Cambridge ha interposto uno strato di un auto-assemblaggio di una molecola organica, bifenil-4-tiolo, tra una pellicola di oro e una nanoparticella di oro, con il tutto raffreddato a -260 ° C per ridurre la velocità di movimento degli atomi, e ha utilizzato il laser per muovere i singoli atomi nelle nanoparticelle, e ha permesso loro di osservare il movimento degli atomi in tempo reale.
" Anche singoli atomi d'oro si comportano proprio come piccoli cuscinetti a sfera metallici nei nostri esperimenti, con gli elettroni di conduzione che girano intorno, che è molto diverso dalla vita quantistica in cui gli elettroni sono legati al nucleo", ha detto il prof Jeremy Baumberg del Centro Nanofotonica a Cambridge di Cavendish Laboratory, che ha diretto il progetto. Il teorico Prof. Javier Aispurua di San Sebastian ha aggiunto: "I nostri modelli hanno suggerito che i singoli elementi sporgenti potrebbero agire come piccoli parafulmini, ma concentrando la luce invece dell' energia elettrica."
In un articolo sulla rivista Science, il gruppo spiega come il picocavity potrebbe aiutare a studiare nuove interazioni tra luce e materia, tra cui la possibilità di collocare i prodotti chimici all'interno della cavità dove la luce potrebbe attivare o catalizzare la loro reazione. Questo, suggeriscono, potrebbe anche portare allo sviluppo di nuovi tipi di sensori.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/picocavity-focuses-light-below-atomic-scale/?cmpid=tenews_2801191
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