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Jueves, 12 enero 2017
Nanotecnología

Detector de movimiento con sensibilidad subatómica para cuerpos microscópicos

Se ha fabricado un nuevo dispositivo capaz de medir el movimiento de partículas diminutas en distancias ínfimas, inferiores al diámetro de un átomo de hidrógeno, o menos de una millonésima del grosor de un cabello humano. El dispositivo portátil no solo puede detectar el movimiento a escala atómica con una precisión sin precedentes, sino que sus creadores han ideado un método para fabricar en cantidades industriales esta herramienta de medida tan sensible.

 

Es relativamente sencillo medir pequeños movimientos de grandes objetos, pero mucho más difícil cuando las partes móviles tienen tamaños en la escala de los nanómetros, o milmillonésimas de metro. La capacidad de medir con precisión diminutos desplazamientos de cuerpos microscópicos tiene aplicaciones en la detección de cantidades ínfimas de agentes biológicos o químicos peligrosos, el perfeccionamiento de robots en miniatura, y la detección de ondas sonoras extremadamente débiles viajando a través de películas delgadas.

 

A fin de probar el nuevo instrumento, los físicos Brian Roxworthy y Vladimir Aksyuk, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Estados Unidos, midieron el movimiento a escala subatómica en una nanopartícula de oro. Lo hicieron creando un pequeño hueco de aire, de unos 15 nanómetros de ancho, entre la nanopartícula de oro y una lámina de oro. Este hueco es tan estrecho que la luz de un láser no puede pasar por él.

 

Sin embargo, la luz energizó los plasmones de superficie, definibles como el movimiento colectivo, como si de una onda se tratase, de grupos de electrones que solo pueden circular por la frontera entre la superficie de oro y el aire.

 

[Img #41050]

 

El esquema muestra a la luz láser interactuando con un dispositivo en miniatura diseñado para medir con una precisión sin precedentes los movimientos nanométricos de nanopartículas. Un rayo láser incidente (rayo rosa a la izquierda) golpea el resonador, que consiste en dos capas de oro separadas por un hueco de aire. La capa de oro superior está integrada en un conjunto de diminutos dispositivos vibradores (violeta) con forma de trampolines. Cuando uno se mueve, cambia la anchura del hueco de aire, el cual, a su vez, cambia la intensidad de la luz láser reflejada desde el resonador. La modulación de la luz delata el desplazamiento del pequeño trampolín. (Imagen: Brian Roxworthy/NIST)

 

Los investigadores explotaron la longitud de onda de la luz, o sea, la distancia entre picos sucesivos de la onda de luz. Con la elección adecuada de la longitud de onda, o de forma equivalente, de la frecuencia, la luz láser ocasiona que los plasmones de una frecuencia particular oscilen adelante y atrás, es decir, que resuenen, a lo largo del hueco, como las reverberaciones de una cuerda de guitarra al ser punteada.

 

Mientras tanto, a medida que se mueve la nanopartícula, cambia la anchura del hueco y, como si se afinara la cuerda de una guitarra, ello modifica la frecuencia a la que resuenan los plasmones.

 

La interacción entre la luz láser y los plasmones es esencial para detectar diminutos desplazamientos de las partículas en la escala nanométrica.

 

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