Attività di ricerca

L’attività di ricerca del Gruppo Nano-Strutture (NSG) si svolge nell’ambito delle nanoscienze e delle nanotecnologie legate alle nanostrutture metalliche per applicazioni in plasmonica, nano-fotonica, magnetismo e catalisi.

Combinando competenze di fisica e di scienza dei materiali, il Gruppo NSG studia la materia alla nanoscala utilizzando un approccio che va dalla nanofabbricazione, alla caratterizzazione e alla modellizzazione per lo studio di nanostrutture funzionali innovative. A causa del confinamento quantico le proprietà dei materiali dipendono dalle dimensioni delle nanostrutture, per cui controllandone dimensione, morfologia e grado di ordine si possono ottenere proprietà innovative di interesse non solo per la fisica di base ma anche per le loro molteplici applicazioni tecnologiche.

Tra le aree di ricerca in corso del Gruppo NSG:

Plasmonica

Quando fotoni nel visibile o nel vicino infrarosso interagiscono con nanostrutture metalliche di dimensione, forma e composizione (Au, Ag o loro leghe per esempio) opportunamente disegnate per sfruttare il fenomeno della risonanza di plasma di superficie, si riesce a localizzare l’intensità del campo elettromagnetico in regioni più piccole della lunghezza d’onda della luce (superando il limite di diffrazione) oppure a sfruttare fenomeni peculiari che si attivano alla nanoscala quali la trasmissione ottica straordinaria da array ordinati di nanobuchi di dimensione inferiore alla lunghezza d’onda in un film sottile plasmonico. Tra i temi studiati:
. Nanoantenne plasmoniche
. Proprietà ottiche lineari e nonlineari di nanostrutture metalliche
· Array ordinati 2D di nanostrutture plasmoniche per bio-sensori ottici
· Modellizzazione delle proprietà plasmoniche di nanostrutture isolate o interagenti

Nano-Fotonica

NSG studia la possibilità di controllare l’efficienza di emissione di singoli emettitori quantistici attraverso l’accoppiamento con metamateriali opportunamente disegnati. Tra i temi studiati:
. Interazione emettitore-nanostruttura per il controllo dell’efficienza quantica.
. Processi di trasferimento di energia tra emettitori e nanostrutture plasmoniche
. Metamateriali

Nano-Magnetismo

Alla nanoscala è possibile combinare funzionalità ottiche con quelle magnetiche ottenendo materiali ‘attivi’ le cui proprietà ottiche possono essere controllate con un campo magnetico e viceversa. Tra i temi studiati:
. Nanostrutture bi-metalliche per magneto-plasmonica
. Caratterizzazione magneto-ottica

Nanomateriali per l’energetica

La fotocatalisi è uno dei processi più interessanti per facilitare reazioni chimiche per la possibilità di utilizzare l’energia solare. La capacità delle nanostrutture plasmoniche di concentrare la luce amplificandone localmente l’intensità è di estrema rilevanza in accoppiamento con nanostrutture di ossidi semiconduttori, consentendo di controllare processi di iniezione di portatori attivati dalle risonanze di plasma. Tra i temi studiati:
· Sintesi di nanostrutture ad elevata area superficiale per la fotocatalisi

Nano- e micro-strutturazione di superfici

Il controllo delle proprietà superficiali in termini di idrofobicità, conducibilità, morfologia consente l’utilizzo di tali superfici patternate chimicamente e/o morfologicamente come substrato ‘attivo’ per controllare la dinamica di fluidi o processi più complessi come la crescita cellulare. Tra i temi studiati: 
. Trattamenti in plasma atmosferico per la modifica chimico/morfologica di superfici
. Preparazione di superfici nano- e micro-patternate per la crescita cellulare

Ulteriori informazioni sui componenti del Gruppo NSG e sulla strumentazione disponibile al link: http://materia.dfa.unipd.it/nsg

  Research Activity

The research activity of the NanoStructures Group (NSG) is focused on nanoscience and nanotecnology mostly involving metallic nanostructures for applications in plasmonics, nano-photonics, magnetism and catalysis. Combining competencies in physics and materials science, NSG investigates matter at the nanoscale using an approach spanning from  nanofabrication, to characterization and modeling of innovative functional nanostructures. Due to the quantum confinement, materials properties depend on the size of the nanostructures. Thus, controlling their size, morphology and interaction degree, it is possible to obtain novel properties that are interesting not only from the viewpoint of basic physics research but also for their relevant technological applications.

Among the ongoing research areas of the NSG Group:

Plasmonics

When photons in the visible or near-infrared range interact with metallic nanostructures whose size, shape and composition (e.g., Au or Ag or their alloys) suitably designed to exploit the surface plasmon resonance phenomenon, it becomes possible to localize the electromagnetic field intensity in sub-wavelength regions (surpassing the diffraction limit) or to exploit peculiar phenomena working at the nanoscale such as the extraordinary optical transmission from ordered arrays of nanohole with sub-wavelength diameter) in a thin plasmonic film. Some investigated topics:
. Plasmonic nanoantennas. Linear and nonlinear optical properties of metal nanostructures
. 2D ordered arrays of plasmonic nanostructures for optical bio-sensing
. Modeling of the plasmonic properties of isolated or interacting nanostructures

Nano-photonics

NSG investigates the possibility to control the emission efficiency of single quantum emitters through the coupling with suitably designed metamaterials. Some investigated topics:
. Emitter-Nanostructures interaction for controlling the quantum efficiency
. Energy transfer processes between emitters and plasmonic nanostructures
. Metamaterials

Nano-Magnetism

At the nanoscale it is possible to combine optical with magnetic functionalities to produce ‘active’ materials, whose optical properties can be tuned with the magnetic ones and vice-versa. Some investigated topics:
. Bi-metallic nanostructures for magneto-plasmonics
. Magneto-optical characterization

Nanomaterials for energy

Photocatalysis is one of the most interesting processes for promoting chemical reactions due to its use of solar energy. The ability of plasmonic nanostructures to focus light and to locally amplify its intensity is extremely relevant when coupled to nanostructures of semiconducting oxides, allowing to control the injection of hot carriers activated during plasmonic resonances. Some investigated topics:
. High-surface area nanostructures for photocatalysis

Nano- and Micro-patterning of surface

The control of the surface properties in terms of hydrophobicity, conductivity or morphology allows the use of such chemically and/or morphologically patterned surfaces as an ‘active’ substrate to control dynamics of fluids above or more complex processes, like cell growth. Some investigated topics:
. Atmospheric Plasma treatments for chemical/morphological surface modification
. Nano- and Micro-patterned surfaces for cellular growth

Further info on NSG Group people and facilities at: http://materia.dfa.unipd.it/nsg