Ultradunne natriumfilms bieden goedkoop alternatief voor goud en zilver in optische technologieën

Van zonnepanelen tot medische hulpmiddelen van de volgende generatie, veel opkomende technologieën vertrouwen op materialen die licht kunnen manipuleren met extreme precisie. Deze materialen – plasmonische materialen – zijn meestal gemaakt van dure metalen zoals goud of zilver. Maar wat als een goedkoper, overvloediger metaal het werk net zo goed of beter zou kunnen doen?

Dat is de vraag die een team van onderzoekers wilde verkennen. De uitdaging? Hoewel natrium overvloedig en lichtgewicht is, is het ook notoir onstabiel en moeilijk om mee te werken in aanwezigheid van lucht of vocht-twee onvermijdelijke delen van real-world omstandigheden. Tot nu toe heeft dit het van de tafel gehouden voor praktische optische toepassingen.

Onderzoekers van Yale University, Oakland University en Cornell University hebben samengewerkt om dat te veranderen. Door een Nieuwe techniek Voor het structureren van natrium in ultradunne, nauwkeurig patroonfilms, vonden ze een manier om het metaal te stabiliseren en het uitzonderlijk goed te laten presteren in op licht gebaseerde toepassingen.

Hun aanpak, gepubliceerd in het tijdschrift ACS nanobetrokken bij het combineren van thermisch geassisteerde spincoating met faseverschuivingsfotolithografie-in wezen gebruiken warmte en licht om nanoscopische oppervlaktepatronen te maken die licht op krachtige manieren vangen en leiden.

Nog indrukwekkender, het team gebruikte ultrasnelle laserspectroscopie om te observeren wat er gebeurt wanneer deze natriumoppervlakken interageren met licht op tijdschalen gemeten in triljoende van een seconde. De resultaten waren verrassend: de elektronen van natrium reageerden op manieren die verschillen van traditionele metalen, wat suggereert dat het nieuwe voordelen zou kunnen bieden voor op licht gebaseerde technologieën zoals fotokatalyse, detectie en energieconversie.

De studie werd geleid door Conrad A. Kocoj, Shunran Li en Peijun Guo bij Yale Engineering (Guo is ook lid van het Yale Energy Sciences Institute); Xinran Xie, Honyu Jiang en Ankun Yang aan de Oakland University; en Suchismita Sarker aan de Cornell University.

Hun samenwerking bracht expertise in nanofabricage, ultrasnelle optiek en materiaalwetenschappen samen.