plasmonica

plasmonica

plasmònica s. f. – Parte della fisica (più in particolare, della fotonica) che studia le proprietà dei plasmoni. In modo analogo ai fononi (entità quantistiche che rappresentano la natura corpuscolare delle eccitazioni collettive dei moti atomici vibrazionali in un solido), i plasmoni sono i quanti di eccitazione (quasi-particelle) prodotti dal moto oscillatorio della nube elettronica delocalizzata in un solido metallico. Sebbene i plasmoni siano noti da molti decenni, è stato nel corso del primo decennio del 21° sec. che si è registrato un forte incremento nello studio delle loro proprietà, tanto da definire la nuova disciplina (il termine p. è stato proposto nel 1999). La p. è uno dei settori della fotonica su cui si focalizza attualmente il maggiore interesse della ricerca, soprattutto in relazione alla possibilità di sfruttare i plasmoni nella fabbricazione di dispositivi optoelettronici miniaturizzati. In particolare, è promettente a questo scopo lo sfruttamento dei plasmoni di superficie, eccitazioni plasmoniche che si producono su una superficie metallica a seguito dell'accoppiamento tra una radiazione elettromagnetica e l'interfaccia superficie metallica/dielettrico (come caso particolare, superficie metallica/vuoto). Questi plasmoni possono essere sfruttati per il trasporto ottico di segnali e di informazione in sistemi nanoelettronici di nuova concezione. Uno dei principali ostacoli all'ulteriore miglioramento delle prestazioni dei microprocessori tradizionali è rappresentato infatti dalle interconnessioni elettroniche, la cui sostituzione con sistemi di trasmissione ottica è perciò oggetto di intensi studi. L'utilizzo di dispositivi basati su plasmoni di superficie in nanoparticelle metalliche è un'opzione di grande interesse, in grado di superare i tradizionali limiti dimensionali delle fibre ottiche imposti dai fenomeni di diffrazione. Un'altra applicazione importante della p. si ha nel settore dei sensori chimici e biologici ed è basata sul fatto che la presenza di sostanze chimiche all'interfaccia metallo-dielettrico influenza l'indice di rifrazione del dielettrico e, di conseguenza, le proprietà dell'onda accoppiata ai plasmoni di superficie. In questi dispositivi, la superficie del metallo viene modificata chimicamente immobilizzandovi una specie chimica capace di legarsi alla sostanza da rilevare e, misurando la variazione delle proprietà dell'onda (angolo o lunghezza d'onda di accoppiamento, intensità, fase), è possibile risalire alla  concentrazione dell'agente chimico di interesse. Sensori di questo genere sono usati in campo diagnostico e biochimico, nel rilevamento di patogeni e contaminanti nei cibi, nel monitoraggio di inquinanti, ecc.