اخبار

مواد پلاسمونی و کاربردهای آن

مواد پلاسمونی و کاربردهای آن
کنترل نور توسط نانومواد انقلابی در فناوری حسگرها ایجاد کرده است.

به گزارش روابط عمومی صحا در سال ۲۰۰۷ موسسه فناوری کالیفرنیا از فناوری جدیدی به نام پلاسمونیک رونمایی کرد. پیش‌بینی می‌شد این فناوری جدید منجر به تولید آشکارسازهای بسیار حساس زیستی ‌شود. در دهه بعد طیف وسیعی از فناوری‌های پلاسمونیکی مورد بررسی قرار گرفت که از مرحله آزمایشگاهی به مرحله تجاری‌سازی رسیدند.

این فناوری وابسته به کنترل برهمکنش بین میدان الکترومغناطیسی و الکترون‌های آزاد بر روی یک فلز (معمولا از جنس طلا و نقره) است؛ در واقع این برهمکنش به رسانندگی فلز و خواص اپتیکی بستگی دارد. الکترون‌های آزاد در سطح فلز پس از برخورد نور با آنها به صورت دسته جمعی نوسان می‌کنند. به این پدیده پلاسمون‌های سطحی می‌گویند. زمانی که نور به یک قطعه فلز با ابعاد بزرگ برخورد می‌کند، میزان زیادی از نور بازتاب داده می‌شود؛ اما اگر ابعاد فلز به کار رفته در حد چند نانومتر باشد، الکترون‌های آزاد فلز محدود شده و تغییرات فرکانسی ناشی از ارتعاش الکترون‌های آزاد محبوس شده در فلز ایجاد می‌شود. میزان تغییرات فرکانسی به اندازه نانوذرات فلزی بستگی دارد. این تغییرات فرکانسی را تشدید می‌نامند. پلاسمون‌ها تنها زمانی می‌توانند با نور فرودی جفت شوند که فرکانس نور فرودی با فرکانس نوسان پلاسمون‌ها هم فرکانس باشد. پدیده تشدید پلاسمون‌های سطحی در طراحی نانو‌آنتن‌ها، سلول‌های خورشیدی و غیره کاربرد دارد.

یکی از منحصر به فرد ترین کاربردهای مواد پلاسمونی در حسگرهایی است که برای آشکارسازی مواد شیمیایی و زیستی به کار می‌رود. در یکی از پژوهش‌های مرتبط، پژوهشگران یک لایه از نانومواد پلاسمونی را مورد بررسی قرار دادند؛ بر روی این لایه مولکول‌هایی از جنس سم درون باکتری برای آشکارسازی قرار گرفته بود. در غیاب این سم باکتری‌، نور فرودی در یک زاویه خاص بازتاب داده می‌شود؛ اما در حضور این سم باکتری‌، فرکانس تشدید پلاسمون‌های سطحی دچار تغییراتی می‌شود و در نتیجه زاویه بازتاب نور تغییر می‌کند. این اثر نشان می‌دهد که با استفاده از یک لایه مواد پلاسمونی می‌توان سم باکتری‌ها را آشکارسازی و با دقت بسیار زیادی آن‌را اندازه گیری کرد. امروزه استارتاپ‌های بسیاری در این زمینه و با استفاده از روش تشدید پلاسمون‌های سطحی فعالیت می‌کنند. در میان این پژوهش‌ها می‌توان به طراحی حسگر داخلی در باتری‌ها برای بررسی نحوه فعالیت آن، طراحی دیسک‌های ذخیره سازی مغناطیسی و افزاره‌ای که توانایی تشخیص ویروس از باکتری‌های عفونی را دارد، اشاره کرد.

در بخش پزشکی، نانوذرات پلاسمونیکی با قابلیت درمان سرطان مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نانوذرات به روش تزریق وارد خون شده و پس از آن درون تومور متمرکز می‌شوند. پس از متمرکز شدن نانوذرات در تومور، نوری با فرکانس تشدید پلاسمون‌های سطحی به این بخش تابیده می‌شود؛ این امر موجب افزایش کنترل‌شده حرارت نانوذرات و در نهایت کشته شدن سلول‌های سرطانی بدون آسیب به بافت سالم می‌شود.

در سال‌های اخیر از فرامواد به جای نانوآنتن‌های پلاسمونی استفاده می‌شود که در آن می‌توان از فلزات نجیب نظیر طلا و نقره استفاده کرد. اما به تازگی گرافن و نیمه‌هادی‌ها جایگزین فلزات نجیب شده‌اند چرا که قابلیت کنترل محدوده فرکانس تشدید را توسط تغییرات دما و ولتاژ ایجاد می‌کنند. نرم‌افزارهای کامسول، لومریکال و سی اس تی طیف وسیعی از کاربردهای پلاسمونیکی را پوشش می‌دهند.

شایان توجه است، نحوه شبیه‌سازی پلاسمون‌های گرافن در مجموعه آموزشی شماره ۱۱ نرم‌افزار CST Studio توسط گروه تخصصی پارس اپتیک ارائه شده است. مرجع این شبیه‌سازی یک مقاله از مجله ACS Photonics است.

۲۹ دی ۱۴۰۰ ۰۹:۴۶
تعداد بازدید : ۱,۵۳۸

نظرات بینندگان

نام را وارد کنید
تعداد کاراکتر باقیمانده: 500
نظر خود را وارد کنید

  • نشانی: تهران، خیابان شهید بهشتی، خیابان احمد قصیر ،خیابان دوم(پژوهشگاه)، پلاک 21 شرکت مادر تخصصی صندوق حمایت از تحقیقات و توسعه صنایع پیشرفته
  • تلفن: 3 - 88748060(021) نمابر: 88748040(021)
  • صندوق پستی : 14155 - 1333 تهران | ایران
vare