ULTRATHIN, HIGH-EFFICIENCY, BROAD-BAND, OMNI-ACCEPTANCE, ORGANIC SOLAR CELLS ENHANCED BY PLASMONIC CAVITY WITH SUBWAVELENGTH HOLE ARRAY

 "Ultrathin, high-efficiency, broad-band, omni-acceptance, organic solar cells enhanced by plasmonic cavity with subwavelength hole array". S. Y. Chou, W. Ding. OPTICS EXPRESS 21, A60 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.000A60

Three of central challenges in solar cells are high light coupling into solar cell, high light trapping and absorption in a sub-absorption-length-thick active layer, and replacement of the indium-tin-oxide (ITO) transparent electrode used in thin-film devices. Here, we report a proposal and the first experimental study and demonstration of a new ultra-thin high-efficiency organic solar cell (SC), termed “plasmonic cavity with subwavelength hole-array (PlaCSH) solar cell”, that offers a solution to all three issues with unprecedented performances. The ultrathin PlaCSH-SC is a thin plasmonic cavity that consists of a 30 nm thick front metal-mesh electrode with subwavelength hole-array (MESH) which replaces ITO, a thin (100 nm thick) back metal electrode, and in-between a polymer photovoltaic active layer (P3HT/PCBM) of 85 nm thick (1/3 average absorption-length). Experimentally, the PlaCSH-SCs have achieved (1) light coupling-efficiency/absorptance as high as 96% (average 90%), broad-band, and Omni acceptance (light coupling nearly independent of both light incident angle and polarization); (2) an external quantum efficiency of 69% for only 27% single-pass active layer absorptance; leading to (3) a 4.4% power conversion efficiency (PCE) at standard-solar-irradiation, which is 52% higher than the reference ITO-SC (identical structure and fabrication to PlaCSH-SC except MESH replaced by ITO), and also is among the highest PCE for the material system that was achievable previously only by using thick active materials and/or optimized polymer compositions and treatments. In harvesting scattered light, the Omni acceptance can increase PCE by additional 81% over ITO-SC, leading to a total 175% increase (i.e. 8% PCE). Furthermore, we found that (a) after formation of PlaCSH the light reflection and absorption by MESH are reduced by 2 to 6 fold from the values when it is alone; and (b) the sheet resistance of a 30 nm thick MESH is 2.2 ohm/sq or less–4.5 fold or more lower than the best reported value for a 100 nm thick ITO film, giving a lowest reflectance-sheet-resistance product. Finally, fabrication of PlaCSH has used nanoimprint on 4” wafer and is scalable to roll-to-roll manufacturing. The designs, fabrications, and findings are applicable to thin solar cells in other materials. 

Tres de los retos centrales que existen en la fabricación de celdas solares son un alto acoplamiento de la luz a la celda solar, un alto atrapamiento de luz y una alta absorción en una capa activa de espesor sumamente pequeño, y el reemplazo del óxido de indio estaño (ITO) como electrodo transparente en los dispositivos de películas delgadas. Aquí se reporta una propuesta y el primer estudio experimental que demuestra una nueva celda solar (SC) orgánica ultradelgada de alta eficiencia, nombrada "celda solar de cavidad plasmónica con arreglo de huecos de dimensión inferior a la longitud de onda (PlaCSH)", que ofrece una solución sin precedentes a los tres retos mencionados. Las PlaCSH-SC ultradelgadas son cavidades plasmónicas delgadas que consisten de un electrodo de 30 nm de espesor, hecho de un enrejado metálico con un arreglo de huecos de dimensiones inferiores a la longitud de onda (MESH), que reemplaza al ITO, de un contraelectrodo metálico delgado (100 nm de espesor), y entre los electrodos, de una capa activa de 85 nm de espesor hecha de un polímero fotovoltaico (P3HT/PCBM) (en promedio, con 1/3 de profundidad de absorción). Experimentalmente las PlaCSH-SC logran (1) una eficiencia de acoplamiento/absorción de luz de hasta un 96% (90% en promedio), una amplia banda espectral, y una omni-aceptación (acoplamiento de luz independiente del ángulo de incidencia y de la polarización de la luz); (2) una eficiencia cuántica externa del 69% para tan sólo el 27% de la absorbancia sencilla de la capa activa; llevando a (3) una eficiencia de conversión energética del 4.4% (PCE) ante iluminación solar estándar, la cual es 52% mayor que las de las ITO-SC de referencia (con fabricación y estructura idénticas que las PlaCSH-SC, salvo por el ITO reemplazado por MESH), y también su PCE se encuentra entre las más altas reportadas para sistemas obtenidos previamente a partir de el uso exclusivo de capas activas gruesas y/o compuestos de polímeros optimizados. En cuanto a la colección de luz esparcida, la omni-aceptación puede incrementar la PCE en un 81% adicional por encima de las de ITO-SC, llevando a un incremento total del 175% (i.e. 8% PCE). Además, se encontró que (a) después de la formación de PlaCSH la reflexión y la absorción de la luz por MESH se reduce en un factor que va de 2 a 6 respecto a cuando se encuentra aislada; y (b) la resistencia de la capa de MESH de 30 nm es de 2.2 ohm/sq o menor - 4.5 veces menor que el mejor valor reportado para una película de ITO de 100 nm de espesor, dando lugar a un material con el menor valor del producto reflectancia-resistencia. Finalmente, durante la fabricación de PlaCSH se ha hecho uso de nanoimpresión sobre una oblea de 4", pero es escalable a una manufactura hecha por rodillos. Los diseños, la fabricación y los resultados también se aplican a celdas solares delgadas hechas con otros materiales.

http://dx.doi.org/10.1364/OE.21.000A60 

CONTROLLED-REFLECTANCE SURFACES WITH FILM-COUPLED COLLOIDAL NANOANTENNAS

 

"Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas". A. Moreau, C. Ciraci, J. J. Mock, R. T. Hill, Q. Wang, B. J. Wiley, A. Chilkoti, D. R. Smith. NATURE 492, 86 (2012). DOI: 10.1038/nature11615

Efficient and tunable absorption is essential for a variety of applications, such as designing controlled-emissivity surfaces for thermophotovoltaic devices, tailoring an infrared spectrum for controlled thermal dissipation and producing detector elements for imaging. Metamaterials based on metallic elements are particularly efficient as absorbing media, because both the electrical and the magnetic properties of a metamaterial can be tuned by structured design. So far, metamaterial absorbers in the infrared or visible range have been fabricated using lithographically patterned metallic structures, making them inherently difficult to produce over large areas and hence reducing their applicability. Here we demonstrate a simple method to create a metamaterial absorber by randomly adsorbing chemically synthesized silver nanocubes onto a nanoscale-thick polymer spacer layer on a gold film, making no effort to control the spatial arrangement of the cubes on the film. We show that the film-coupled nanocubes provide a reflectance spectrum that can be tailored by varying the geometry (the size of the cubes and/or the thickness of the spacer). Each nanocube is the optical analogue of a grounded patch antenna, with a nearly identical local field structure that is modified by the plasmonic response of the metal’s dielectric function, and with an anomalously large absorption efficiency that can be partly attributed to an interferometric effect. The absorptivity of large surface areas can be controlled using this method, at scales out of reach of lithographic approaches (such as electron-beam lithography) that are otherwise required to manipulate matter on the nanoscale. 

La absorción eficiente y modulable es esencial para toda una variedad de aplicaciones tales como el diseño de superficies con emisión controlada para dispositivos termofotovoltaicos, el diseño dirigido en el espectro infrarrojo para la disipación térmica controlada, y la producción de elementos de detección para imagenología. Los metamateriales hechos de elementos metálicos son particularmente eficientes como medios de absorción, porque tanto sus propiedades eléctricas como magnéticas pueden modificarse por medio de su diseño estructural. Desde hace tiempo los metamateriales usados para absorción en el infrarrojo o en el visible se han fabricado realizando litografía en base a máscaras con estructuras metálicas, lo cual los vuelve difíciles de producir a gran escala, reduciendo así sus posibles aplicaciones. Aquí se muestra un método sencillo para crear un metamaterial que absorbe luz, por medio de la síntesis de nanocubos de plata, a través de adsorción química aleatoria, sobre una capa de polímero de grosor nanométrico depositada sobre una película de oro, sin necesidad de controlar el arreglo espacial de los cubos sobre la película. Se muestra que los nanocubos acoplados a la película proporcionan un espectro de reflectancia que puede modificarse de manera controlada a partir de la modificación de la geometría (del tamaño de los cubos y/o del grosor del espaciador). Cada nanocubo es el análogo óptico de una antena aterrizada, con una estructura del campo local casi idéntica, la cual es modificada por la respuesta plasmónica de la función dieléctrica del metal, y con una enorme y anómala eficiencia de absorción, la cual se puede atribuir parcialmente a un efecto de interferencia. La absortividad de superficies extensas puede controlarse utilizando este método, en escalas que sobrepasan a los métodos litográficos (tales como la litografía por haces de electrones), y que de otra manera se requerirían para manipular a la materia en la nanoescala.

http://dx.doi.org/10.1038/nature11615

NANOFOCUSING IN A METAL-INSULATOR-METAL GAP PLASMON WAVEGUIDE WITH A THREE-DIMENSIONAL LINEAR TAPER

 

"Nanofocusing in a metal–insulator–metal gap plasmon waveguide with a three-dimensional linear taper". H. Choo, M.-K. Kim, M. Staffaroni, T. J. Seok, J. Bokor, S. Cabrini, P. J. Schuck, M. C. Wu, E. Yablonovitch. NATURE PHOTONICS 6, 838 (2012). DOI: 10.1038/nphoton.2012.277

The development of techniques for efficiently confining photons on the deep sub-wavelength spatial scale will revolutionize scientific research and engineering practices. The efficient coupling of light into extremely small nanofocusing devices has been a major challenge in on-chip nanophotonics because of the need to overcome various loss mechanisms and the on-chip nanofabrication challenges. Here, we demonstrate experimentally the achievement of highly efficient nanofocusing in an Au–SiO₂–Au gap plasmon waveguide using a carefully engineered three-dimensional taper. The dimensions of the SiO₂ layer, perpendicular to the direction of wave propagation, taper linearly below 100 nm. Our simulations suggest that the three-dimensional linear-tapering approach could focus 830 nm light into a 2 × 5 nm² area with ≤3 dB loss and an intensity enhancement of 3.0 × 10⁴. In a two-photon luminescence measurement, our device achieved an intensity enhancement of 400 within a 14 × 80 nm² area, and a transmittance of 74%.

El desarrollo de técnicas que permitan una confinación eficiente de fotones en regiones espaciales de dimensiones inferiores a la longitud de onda pudieran revolucionar la manera en que se hace investigación científica y de ingeniería. El acoplamiento eficiente de la luz en dispositivos de nanoenfoque extremadamente pequeños ha sido un reto importante para la nanofotónica integrada, debido a la necesidad de superar varios mecanismos de pérdidas y varios retos de nanofabricación integrada. Aquí se demuestra experimentalmente que se pueden lograr nanoenfoques muy eficientes en la brecha plasmónica de una guía de onda hecha de Au–SiO₂–Au, utilizando cuidadosamente un reductor tridimensional. Las dimensiones de la capa de SiO₂, en la dirección perpendicular a la propagación de la onda, se reduce linealmente por debajo de los 100 nm. Las simulaciones sugieren que la reducción lineal tridimensional puede enfocar luz de 830 nm en un área de 2 x 5  nm², con pérdidas  ≤3 dB y un aumento de intensidad del 3.0 × 10⁴. En una medición de luminiscencia a dos fotones, el dispositivo logró un aumento de intensidad de 400 en un área de 14 × 80 nm², así como una transmitancia del 74%.

http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n12/full/nphoton.2012.277.html 

THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES SELF-ASSEMBLED FROM DNA BRICKS

"Three-Dimensional Structures Self-Assembled from DNA Bricks". Y. Ke, L. L. Ong, W. M. Shih, P. Yin. SCIENCE 338, 1177 (2012). DOI: 10.1126/science.1227268

 http://www.sciencemag.org/content/338/6111/1177

Translation to spanish:

Los avances recientes en nanotecnología permiten la elaboración de estructuras tridimensionales utilizando como elementos de construcción al ADN. Estos elementos de construcción funcionan como piezas de LEGO que se interconectan. Cada uno estos nuevos elementos de nanoconstrucción están hechos de hélices sencillas de ADN, y cada hélice está hecha de 32 nucleótidos. Se pueden pensar como piezas de LEGO que tienen dos patas y dos huecos; una pata de una pieza es capaz de embonar en un hueco de otra pieza, pero sólo si las secuencias de ADN de las dos hélices que forman a la pata y al hueco son complementarias.

Los elementos de construcción pueden embonar en formando ángulos rectos, ésto permite formar estructuras tridimensionales, y bajo ciertas condiciones los elementos de construcción se autoorganizan. 

Aquí se muestra la construcción de un cubo. Cada elemento de construcción puede embonar con otro único elemento de construcción que tiene una única secuencia de ADN que es compatible con sólo una posición dentro del elemento de construcción. Se puede pensar al cubo como una estructura tridimensional consistente de 1000 voxels. Cada voxel está formado por 8 parejas de nucleótidos y mide aproximadamente 2.5 nanómetros. Para generar una estructura en particular se puede restringir la ubicación de los voxels antes de que se autoorganicen. 

Se generaron hasta 100 estructuras distintas en el laboratorio, utilizando 1000 voxels. Aquí se presentan algunas de estas estructuras, generadas por computadora, y aquí se presenta una imagen microscópica de las estructuras reales. Se espera que la capacidad de generar distintos tipos de estructuras tridimensionales pueda aumentar las aplicaciones que tiene la nanotecnología que funciona a base de ADN, entre las que se pudieran encontrar la fabricación de dispositivos sofisticados que imitan a maquinarias biosintéticas y el arreglo tridimensional de moléculas de gas para la fabricación de materiales funcionales.

ULRICH AWARD 2013

https://www.isgs.org/index.php/component/communicator/view/112/19

THIRD NANO TODAY CONFERENCE 2013

http://www.nanotoday2013.com/

TUNING THE OPTICAL PROPERTIES OF MESOPOROUS TiO2 FILMS BY NANOSCALE ENGINEERING

"Tuning the Optical Properties of Mesoporous TiO₂ Films by Nanoscale Engineering". B. Schwenzer, L. Wang, J. S. Swensen, A. B. Padmaperuma, G. Silverman, R. Korotkov, D. J. Gaspar. LANGMUIR 28, 10072 (2012). DOI: 10.1021/la301450h

The optical properties of spin-coated titanium dioxide films have been tuned by introducing mesoscale pores into the inorganic matrix. Differently sized pores were templated using Pluronic triblock copolymers as surfactants in the sol–gel precursor solutions and adjusted by varying the process parameters, such as the polymer concentration, annealing temperature, and time. The change in refractive index observed for different mesoporous anatase films annealed at 350, 400, or 450 °C directly correlates with changes in the pore size. Additionally, the index of refraction is influenced by the film thickness and the density of pores within the films. The band gap of these films is blue-shifted, presumably due to stress the introduction of pores exerts on the inorganic matrix. This study focused on elucidating the effect different templating materials (Pluronic F127 and P123) have on the pore size of the final mesoporous titania film and on understanding the relation of varying the polymer concentration (taking P123 as an example) in the sol–gel solution to the pore density and size in the resultant titania film. Titania thin film samples or corresponding titanium dioxide powders were characterized by X-ray diffraction, cross-section transmission electron microscopy, nitrogen adsorption, ellipsometery, UV/vis spectrometry, and other techniques to understand the interplay between mesoporosity and optical properties.

 Las propiedades ópticas de películas de dióxido de titanio, depositadas mediante spin-coating, han sido modificadas mediante la formación de mesoporos en la matriz inorgánica. Poros de distintos tamaños han sido producidos utilizando como molde copolímeros Pluronic tribloque, los cuales funcionan como tensoactivos en las soluciones sol-gel precursoras, y se ajustaron mediante la modificación de los parámetros de procesado, tales como la concentración de polímero, la temperatura de recocido, y el tiempo. El cambio que se observa en el índice de refracción para diversas películas mesoporosas de anatasa, recocidas a 350, 400 ó 450°C, se relaciona directamente con los cambios en las dimensiones de los poros. Adicionalmente, el índice de refracción se ve afectado por el espesor de la película y por la densidad de poros en las películas. La brecha de energía de estas películas se desplaza hacia el azul, posiblemente por la tensión que induce la formación de los poros sobre la matriz inorgánica. Este trabajo se centra en el estudio del efecto debido a distintos materiales usados como molde (Pluronic F127 y P123) sobre el tamaño de poro de las películas mesoporosas de dióxido de titanio, y en el entendimiento de la relación existente entre la variación de la concentración del polímero (tomando al P123 como ejemplo) en la solución sol-gel y la densidad y el tamaño de los poros resultantes en las películas de dióxido de titanio. Se caracterizaron películas delgadas y polvos de dióxido de titanio mediante difracción de rayos X, microscopia electrónica de transmisión, adsorción de nitrógeno, elipsometría, espectroscopia UV/visible, y mediante otras técnicas que permiten entender la relación existente entre la mesoporosidad y las propiedades ópticas.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la301450h 

2013 NONLINEAR OPTICS MEETING

2013 OSA NONLINEAR OPTICS MEETING (JULY 21 -26, 2013; HAWAII)

INVOLVEMENT OF LYSOSOMAL EXOCYTOSIS IN THE EXCRETION OF MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES AND ENHANCEMENT OF THE DRUG DELIVERY EFFECT BY EXOCYTOSIS INHIBITION

 "Involvement of Lysosomal Exocytosis in the Excretion of Mesoporous Silica Nanoparticles and Enhancement of the Drug Delivery Effect by Exocytosis Inhibition". R. E. Yanes, D. Tarn, A. A. Hwang, D. P. Ferris, S. P. Sherman, C. R. Thomas, J. Lu, A. D. Pyle, J. I. Zink, F. Tamanoi. SMALL. In press. DOI: 10.1002/smll.201201811

The exocytosis of phosphonate modified mesoporous silica nanoparticles (P-MSNs) is demonstrated and lysosomal exocytosis is identified as the mechanism responsible for this event. Regulation of P-MSN exocytosis can be achieved by inhibiting or accelerating lysosomal exocytosis. Slowing down P-MSN exocytosis enhances the drug delivery effect of CPT-loaded P-MSNs by improving cell killing.

Se demuestra la exocitosis de nanopartículas mesoporosas de dióxido de silicio modificadas con ácido fosfónico (P-MSNs), y se identifica a la exocitosis lisosómica como el mecanismo responsable de dicho evento. La regulación de la exocitosis de P-MSN se puede lograr por medio de la inhibición o la aceleración de la exocitosis lisosómica. La diminución en la velocidad de la exocitosis de P-MSN incrementa el efecto de liberación de fármacos de las P-MSNs cargadas con CPT, por medio de la mejora del ataque celular.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201201811/abstract

PROTECTIVE ROLES OF SINGLE-WALL CARBON NANOTUBES IN ULTRASONICATION-INDUCED DNA BASE DAMAGE

"Protective Roles of Single-Wall Carbon Nanotubes in Ultrasonication-Induced DNA Base Damage". E. J. Petersen, X. Tu, M. Dizdaroglu, M. Zheng, B. C. Nelson. SMALL. In press. DOI: 10.1002/smll.201201217

The overall level of ultrasonication-induced DNA damage is reduced in the presence of single-wall carbon nanotubes (SWCNTs), particularly for DNA lesions formed by one-electron reduction of intermediate radicals. The protective role of SWCNTs observed in this work suggests a contrary view to the general idea that carbon nanotubes have damaging effects on biomolecules.

El nivel global de daño inducido en el ADN por medio de ultrasonido se ve reducido en presencia de nanotubos de carbono de pared sencilla (SWCNTs), particularmente para lesiones de ADN formadas por la reducción de un electrón en radicales intermedios. El papel de protección que desempeñan los SWCNTs en este trabajo sugiere una situación opuesta a la idea generalizada de que los nanotubos de carbono pueden ocasionar efectos dañinos en las biomoléculas.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201201217/abstract 

EUROPHOTONICS 2013 CALLS

Europhotonics has opened to European and Non-European students its 2013 calls for Master and Doctorate on Photonics. More information at: www.europhotonics.org/ 

Europhotonics ha abierto a estudiantes Europeos y no Europeos sus convocatorias 2013 para la Maestría y Doctorado en Fotónica. Más información en: www.europhotonics.org/

OPTICAL AND THERMAL RESPONSE OF SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBE-COPPER SULFIDE NANOPARTICLE HYBRID NANOMATERIALS

 "Optical and thermal response of single-walled carbon nanotube–copper sulfide nanoparticle hybrid nanomaterials". Y. -H. Tseng, Y. He, S. Lakshmanan, C. Yang, W. Chen, L. Que. NANOTECHNOLOGY 23, 455708. DOI: 10.1088/0957-4484/23/45/455708

This paper reports the optical and thermal response of a single-walled carbon nanotube–copper sulfide nanoparticle (SWNT–CuS NP) hybrid nanomaterial and its application as a thermoelectric generator. The hybrid nanomaterial was synthesized using oleylamine molecules as the linker molecules between SWNTs and CuS NPs. Measurements found that the hybrid nanomaterial has significantly increased light absorption (up to 80%) compared to the pure SWNT. Measurements also found that the hybrid nanomaterial thin-film devices exhibit a clear optical and thermal switching effect, which can be further enhanced up to 10 ×  by asymmetric illumination of light and thermal radiation on the thin-film devices instead of symmetric illumination. A simple prototype thermoelectric generator enabled by the hybrid nanomaterials is demonstrated, indicating a new route for achieving thermoelectricity.

Este trabajo reporta la respuesta óptica y térmica de un nanomaterial híbrido hecho de nanotubos de carbono de pared sencilla y de nanopartículas de sufuro de cobre (SWNT-CuS NP), y sus aplicaciones como generador termoeléctrico. El nanomaterial híbrido fue sintetizado utilizando moléculas de oleilamina como moléculas enlazantes entre los SWNTs y las CuS NPs. Las mediciones muestran que el nanomaterial híbrido ha aumentado significativamente la aborción de luz (hasta un 80%) en comparación a los SWNT puros. Las mediciones también muestran que los dispositivos en forma de películas delgadas, hechos del nanomaterial híbrido, exhiben un evidente efecto de conmutación óptica y térmica, el cual puede incrementarse hasta en 10 x por medio de iluminación asimétrica hecha con luz y radiación térmica sobre los dispositivos de película delgada, en contraste con la iluminación simétrica. Se demuestra el uso de un prototipo sencillo de generador termoeléctrico que funciona a partir de los nanomateriales híbridos, indicando una nueva ruta para la obtención de termoelectricidad.

http://iopscience.iop.org/0957-4484/23/45/455708/

REINFORCEMENT OF SHEAR THINNING PROTEIN HYDROGELS BY RESPONSIVE BLOCK COPOLYMER SELF-ASSEMBLY

 "Reinforcement of Shear Thinning Protein Hydrogels by Responsive Block Copolymer Self-Assembly". M. J. Glassman, J. Chan, B. D. Olsen. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adfm.201202034

Shear thinning hydrogels are promising materials that exhibit rapid self-healing following the cessation of shear, making them attractive for applications including injectable biomaterials. Here, self-assembly is demonstrated as a strategy to introduce a reinforcing network within shear thinning artificially engineered protein gels, enabling a responsive transition from an injectable state at low temperatures with a low yield stress to a stiffened state at physiological temperatures with resistance to shear thinning, higher toughness, and reduced erosion rates and creep compliance. Protein-polymer triblock copolymers capable of the responsive self-assembly of two orthogonal networks are synthesized. Midblock association forms a shear-thinning network, while endblock aggregation at elevated temperatures introduces a second, independent physical network into the protein hydrogel. These reversible crosslinks introduce extremely long relaxation times and lead to a five-fold increase in the elastic modulus, significantly larger than is expected from transient network theory. Thermoresponsive reinforcement reduces the high temperature creep compliance by over four orders of magnitude, decreases the erosion rate by at least a factor of five, and increases the yield stress by up to a factor of seven. Combined with the demonstrated potential of shear thinning artificial protein hydrogels for various uses, this reinforcement mechanism broadens the range of applications that can be addressed with shear-thinning physical gels.

Los hidrogeles adelgazados por esfuerzos son materiales promisorios, pues exhiben una autoreparación rápida que sigue los bordes del esfuerzo, volviéndolos atractivos para aplicaciones que incluyen a los biomateriales inyectables. Aquí se muestra al autoensamblaje como una estrategia que permite introducir una red reforzada dentro de geles de proteínas elaborados artificialmente mediante adelgazamiento por esfuerzos, lo que a su vez permite que responda mediante transiciones que van de un estado inyectable a bajas temperaturas, con pequeños esfuerzos mecánicos, a un estado reforzado a temperaturas fisiológicas, con resistencia ante el adelgazamiento por esfuerzos, con una mayor dureza, con velocidades de erosión reducidas, y maleable. Se sintetizaron copolímeros tribloque de polímeros de proteínas capaces de autoensamblar dos redes ortogonales que responden ante estímulos. La asociación de bloques intermedios da lugar a una red reducida por esfuerzos, mientras que la agregación a alta temperatura de los bloques de los extremos dan lugar a una red física secundaria independiente dentro del hidrogel de proteínas. Estos entrecruzamientos reversibles dan lugar a tiempos de relajación extremadamente largos y provocan un incremento de cinco veces el módulo de elasticidad, lo cual es bastante mayor que el esperado a partir de la teoría de redes transitorias. El refuerzo termoactivo reduce la maleabilidad a alta temperatura por encima de cuatro órdenes de magnitud, disminuye la velocidad de erosión por al menos un factor de cinco, e incrementa la resistencia a esfuerzos por encima de un factor de siete. En combinación con el potencial demostrado para varias aplicaciones, por los hidrogeles de proteínas artificialmente adelgazados mediante esfuerzos, el mecanismo de reffuerzo amplía el panorama de aplicaciones que pueden adjudicarse a los geles físicamente adelgazados mediante esfuerzos.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201202034/abstract 

ROBUST PHOTOGENERATION OF H2 IN WATER USING SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS AND A NICKEL CATALYST

 "Robust Photogeneration of H₂ in Water Using Semiconductor Nanocrystals and a Nickel Catalyst". Z. Han, F. Qiu, R. Eisenberg, P. L. Holland, T. D. Krauss. SCIENCE. In press. DOI: 10.1126/science.1227775

Homogeneous systems for light-driven reduction of protons to H₂ typically suffer from short lifetimes because of decomposition of the light-absorbing molecule. We report a robust and highly active system for solar hydrogen generation in water that uses CdSe nanocrystals capped with dihydrolipoic acid (DHLA) as the light absorber and a soluble Ni²⁺-DHLA catalyst for proton reduction with ascorbic acid as an electron donor at pH 4.5, which gives >600,000 turnovers. Under appropriate conditions, the precious-metal-free system has undiminished activity for at least 360 hours under illumination at 520 nm and achieves quantum yields in water of over 36%. 

Los sistemas homogéneos controlados con luz para la reducción de protones en  H₂ típicamente adolecen de tiempos de vida útil muy cortos, debido a la descomposición de las moléculas que absorben luz. Aquí se reporta un sistema altamente activo y robusto para la generación de hidrógeno en agua a partir del uso de luz solar, el cual emplea cristales de CdSe cubiertos con ácido dihidrolipoico (DHLA) como absorbedor de luz y un catalizador soluble Ni²⁺-DHLA para la reducción de protones, con ácido ascórbico como donador de electrones a un pH de 4.5, el cual funciona por más de 600,000 ciclos. Bajo las condiciones adecuadas, este sistema libre de metales preciosos mantiene su actividad por al menos 360 horas de iluminación a 520 nm, y en agua logra una eficiencia cuántica por arriba del 36%.

http://www.sciencemag.org/content/early/2012/11/07/science.1227775

USING RUST AND WATER TO STORE SOLAR ENERGY AS HYDROGEN

"Highly efficient water splitting by a dual-absorber tandem cell". J. Brillet, J-H. Yum, M. Cornuz, T. Hisatomi, R. Solarska, J. Augustynski, M. Graetzel, K. Sivula. NATURE PHOTONICS. In press. DOI: 10.1038/nphoton.2012.265

 

Translation to spanish:

Kevin Sivula (Laboratorio para la Ingeniería Molecular de Nanomateriales Optoelectrónicos, Suiza):

Este pequeño dispositivo es capaz de convertir la luz solar en energía química que se guarda en forma de hidrógeno, a partir del rompimiento de moléculas de agua. Lo que vuelve especial a este dispositivo es que se elaboró con materiales sumamente económicos como el óxido de hierro o herrumbe.
El dispositivo está compuesto de varias partes: la evolución del oxígeno sucede aquí, sobre el fotoánodo hecho de óxido de hierro o herrumbe, la evolución del hidrógeno sucede aquí, sobre el cátodo; y cuando la reacción ocurre se pueden observar burbujas de gas que provienen del electrolito.
Actualmente la eficiencia de este dispositivo es muy reducida, ya que sólo es capaz de convertir en hidrógeno 1.2% de la luz solar. Pero el hecho de que se usan materiales muy económicos, como la herrumbe, los cuales tienen el potencial de convertir hasta un 16% de la energía solar en hidrógeno, permite pensar en que muy pronto será posible encontrar un modo económico de crear energía química a partir de luz solar.

http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2012.265.html

AN ELECTRICALLY AND MECHANICALLY SELF-HEALING COMPOSITE WITH PRESSURE- AND FLEXION-SENSITIVE PROPERTIES FOR ELECTRONIC SKIN APPLICATIONS

 

"An electrically and mechanically self-healing composite with pressure- and flexion-sensitive properties for electronic skin applications". B. C-K. Tee, C. Wang, R. Allen, Z. Bao. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.192

Pressure sensitivity and mechanical self-healing are two vital functions of the human skin. A flexible and electrically conducting material that can sense mechanical forces and yet be able to self-heal repeatably can be of use in emerging fields such as soft robotics and biomimetic prostheses, but combining all these properties together remains a challenging task. Here, we describe a composite material composed of a supramolecular organic polymer with embedded nickel nanostructured microparticles, which shows mechanical and electrical self-healing properties at ambient conditions. We also show that our material is pressure- and flexion-sensitive, and therefore suitable for electronic skin applications. The electrical conductivity can be tuned by varying the amount of nickel particles and can reach values as high as 40 S cm⁻¹. On rupture, the initial conductivity is repeatably restored with ~90% efficiency after 15 s healing time, and the mechanical properties are completely restored after ~10 min. The composite resistance varies inversely with applied flexion and tactile forces. These results demonstrate that natural skin's repeatable self-healing capability can be mimicked in conductive and piezoresistive materials, thus potentially expanding the scope of applications of current electronic skin systems.

La sensibilidad a presiones y la autoreparación mecánica son dos funciones esenciales de la piel humana. Un material conductor de electricidad y flexible, que pueda detectar fuerzas mecánicas y que además sea capaz de autorepararse en repetidas ocasiones, puede ser usado en campos emergentes tales como en robótica suave y en prótesis biomiméticas, pero la combinación de estas propiedades sigue siendo todavía un reto a superar. Aquí se describe un material compósito hecho de un polímero orgánico supramolecular que hospeda micropartículas nanoestructuradas de níquel, el cual muestra propiedades mecánicas y eléctricas de autoreparación en condiciones ambientales. Se muestra que el material es sensible a presiones y flexiones, y que es adecuado para aplicaciones de piel electrónica. La conductividad eléctrica puede modularse al cambiar la cantidad de partículas de níquel y puede alcanzar valores tan grandes como 40 S cm⁻¹. Ante la ruptura, la conductividad inicial se recupera con un ~90% de eficiencia, después de 15 segundos de reparación, y las propiedades mecánicas se recuperan por completo después de ~ 10 minutos. La resistencia del compósito depende inversamente de la flexión aplicada y de las fuerzas táctiles. Estos resultados demuestran que se puede imitar la capacidad natural de la piel para autorepararse en repetidas ocasiones mediante el uso de materiales conductores y piezoresistivos, expandiendo así las potenciales aplicaciones de los actuales sistemas de piel electrónica.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.192.html 

OPTICAL CONTROL OF PROTEIN ACTIVITY BY FLUORESCENT PROTEIN DOMAINS

 "Optical Control of Protein Activity by Fluorescent Protein Domains". X. X. Zhou, H. K. Chung, A. J. Lam, M. Z. Lin. SCIENCE 338, 810 (2012). DOI: 10.1126/science.1226854

Fluorescent proteins (FPs) are widely used as optical sensors, whereas other light-absorbing domains have been used for optical control of protein localization or activity. Here, we describe light-dependent dissociation and association in a mutant of the photochromic FP Dronpa, and we used it to control protein activities with light. We created a fluorescent light-inducible protein design in which Dronpa domains are fused to both termini of an enzyme domain. In the dark, the Dronpa domains associate and cage the protein, but light induces Dronpa dissociation and activates the protein. This method enabled optical control over guanine nucleotide exchange factor and protease domains without extensive screening. Our findings extend the applications of FPs from exclusively sensing functions to also encompass optogenetic control. 

Las proteínas fluorescentes (FPs) son ampliamente usadas como sensores ópticos, mientras que otros dominios absorbedores de luz han sido usados para el control óptico de la localización o de la actividad de las proteínas. Aquí se describe la disociación y la asociación dependientes de la iluminación en una mutación de la FP Dronpa fotocrómica, la cual se usó para controlar con luz las actividades de las proteínas. Se creó una proteína fotoluminiscente a la cual están unidos los dominios de Dronpa a ambas terminaciones de un dominio enzimático. En la oscuridad, los dominios Dronpa asocian y encapsulan a la proteína, pero la luz induce la disociación del Dronpa y activa a la proteína. Este método permite controlar ópticamente el factor de intercambio en el nucleótido guanina así como los dominios de proteasa sin un apantallamiento extensivo. Los resultados se extienden hasta las aplicaciones de FPs, a partir de funciones tipo sensor exclusivo, para abarcar también el control optogenético.

http://www.sciencemag.org/content/338/6108/810 

COUNTING PRIMARY LOOPS IN POLYMER GELS

 "Counting primary loops in polymer gels". H. Zhou, J. Woo, A. M. Cok, M. Wang, B. D. Olsen, J. A. Johnson. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. In press. DOI: 10.1073/pnas.1213169109

Much of our fundamental knowledge related to polymer networks is built on an assumption of ideal end-linked network structure. Real networks invariably possess topological imperfections that negatively affect mechanical properties; modifications of classical network theories have been developed to account for these defects. Despite decades of effort, there are no known experimental protocols for precise quantification of even the simplest topological network imperfections: primary loops. Here we present a simple conceptual framework that enables primary loop quantification in polymeric materials. We apply this framework to measure the fraction of primary loop junctions in trifunctional PEG-based hydrogels. We anticipate that the concepts described here will open new avenues of theoretical and experimental research related to polymer network structure. 

Mucho de nuestro conocimiento fundamental relacionado con las redes poliméricas se encuentra basado en la suposición de una red estructural ideal con enlaces en sus terminales. Las redes reales poseen invariablemente imperfecciones topológicas que afectan negativamente sus propiedades mecánicas; se han desarrollado modificaciones a las teorías clásicas de redes para considerar tales defectos. Pero a pesar de décadas de esfuerzo, no se conocen protocolos experimentales que permitan una cuantificación precisa, tan siquiera, de las más sencillas imperfecciones topológicas en las redes: los ciclos primarios. Aquí se presenta una sencilla plataforma conceptual que permite la cuantificación de los ciclos primarios en los materiales poliméricos. Se aplica esta plataforma a la medición de la proporción de uniones de ciclos primarios en hidrogeles trifuncionales hechos a base de polietilenglicol. Se anticipa que los conceptos que se describen aquí abrirán nuevos caminos a la investigación teórica y experimental relacionada con la estructura de red de los polímeros.

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1213169109 

BIOINSPIRED SELF-CLEANING SURFACES WITH SUPERHYDROPHOBICITY, SUPEROLEOPHOBICITY, AND SUPERHYDROPHILICITY

 "Bioinspired self-cleaning surfaces with superhydrophobicity, superoleophobicity, and superhydrophilicity". S. Nishimoto, B. Bhushan. RSC ADVANCES. In press. DOI: 10.1039/C2RA21260A

Self-cleaning methods currently employed are based on understanding of the functions, structures, and principles of various objects found in living nature. Three types of surfaces, including superhydrophobic, superoleophobic, and superhydrophilic, offer solutions to keep a surface clean. In this review article, an overview of self-cleaning surfaces inspired by nine biological objects is provided: lotus leaves, rice leaves, cicada wings, butterfly wings, snail shell, fish scale, shark skin, pitcher plant, and photosynthesis. These surfaces exhibit special properties such as low adhesion, low drag, anisotropic wetting, anti-reflection, directional adhesion, anti-fouling, photocatalysis, self-sterilizing, and anti-fogging. We discuss the differences between the superhydrophobic and superhydrophilic surfaces and perspectives for self-cleaning surfaces in the future.

Los métodos de autolimpieza que se utilizan actualmente están basados en el entendimiento de las funciones, estructuras y principios de distintos objetos vivos que se encuentran en la naturaleza. Existen tres tipos de superficies, que incluyen las superhidrofóbicas, las superoleofóbicas y las superhidrofílicas, que ofrecen soluciones para mantener limpia una superficie. En este artículo de revisión se proporciona un panorama general de las superficies autolimpiantes inspiradas en nueve objetos biológicos: hojas de lotus, hojas de arroz, alas de cigarras, alas de mariposas, conchas de caracol, escamas de peces, piel de tiburón, plantas carnívoras, y fotosíntesis. Estas superficies muestran propiedades especiales, tales como baja adhesión, baja resistencia, mojado anisotrópico, antireflexión, adhesión direccional, antiolores, fotocatálisis, autoesterilización, y antiempañamiento. Se discuten las diferencias que existen entre las superficies superhidrofóbicas y las superficies superhidrofílicas, y se indican las perspectivas futuras de las superficies autolimpiables.

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/RA/c2ra21260a 

PLASMONIC BOWTIE NANOLASER ARRAYS

 

"Plasmonic Bowtie Nanolaser Arrays". J. Y. Suh, C. H. Kim, W. Zhou, M. D. Huntington, D. T. Co, M. R. Wasielewski, T. W. Odom. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl303086r

Plasmonic lasers exploit strong electromagnetic field confinement at dimensions well below the diffraction limit. However, lasing from an electromagnetic hot spot supported by discrete, coupled metal nanoparticles (NPs) has not been explicitly demonstrated to date. We present a new design for a room-temperature nanolaser based on three-dimensional (3D) Au bowtie NPs supported by an organic gain material. The extreme field compression, and thus ultrasmall mode volume, within the bowtie gaps produced laser oscillations at the localized plasmon resonance gap mode of the 3D bowties. Transient absorption measurements confirmed ultrafast resonant energy transfer between photoexcited dye molecules and gap plasmons on the picosecond time scale. These plasmonic nanolasers are anticipated to be readily integrated into Si-based photonic devices, all-optical circuits, and nanoscale biosensors.

Los láseres plasmónicos hacen uso del confinamiento del campo electromagnético en dimensiones muy por debajo del límite de difracción. Sin embargo, hasta el día de hoy no ha sido demostrada la emisión de luz láser desde un punto electromagnético intenso soportado en nanopartículas metálicas acopladas y discretas. Se presenta un nuevo diseño para un nanoláser que funciona a temperatura ambiente basado en NPs con forma de moños tridimensionales (3D) de Au, soportados en un material orgánico con ganancia. La compresión extrema del campo, y en consecuencia, el volumen de modos ultrapequeños, produce oscilaciones láser en los puntos de separación de los moños con modos localizados de resonancia plasmónica en las separaciones de los moños 3D. Mediciones de absorción dependiente del tiempo confirman la transferencia ultrarrápida de energía resonante entre las moléculas de colorante fotoexcitadas y la separación de los plasmones en una escala temporal de picosegundos. Estos nanoláseres plasmónicos se podrán integrar en dispositivos fotónicos hechos de Si, en circuitos completamente ópticos y en biosensores nanométricos.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl303086r 

EVALUATION OF SOLUTION-PROCESSABLE CARBON-BASED ELECTRODES FOR ALL-CARBON SOLAR CELLS

 

"Evaluation of Solution-Processable Carbon-Based Electrodes for All-Carbon Solar Cells". M. P. Ramuz, M. Vosgueritchian, P. Wei, C. Wang, Y. Gao, Y. Wu, Y. Chen, Z. Bao. ACS NANO. In press. DOI: 10.1021/nn304410w

Carbon allotropes possess unique and interesting physical, chemical, and electronic properties that make them attractive for next-generation electronic devices and solar cells. In this report, we describe our efforts into the fabrication of the first reported all-carbon solar cell in which all components (the anode, active layer, and cathode) are carbon based. First, we evaluate the active layer, on standard electrodes, which is composed of a bilayer of polymer sorted semiconducting single-walled carbon nanotubes and C₆₀. This carbon-based active layer with a standard indium tin oxide anode and metallic cathode has a maximum power conversion efficiency of 0.46% under AM1.5 Sun illumination. Next, we describe our efforts in replacing the electrodes with carbon-based electrodes, to demonstrate the first all-carbon solar cell, and discuss the remaining challenges associated with this process.

Las formas alotrópicas del carbono poseen propiedades físicas, químicas y electrónicas únicas e interesantes que las vuelven atractivas para el desarrollo de la siguiente generación de celdas solares y dispositivos electrónicos. En este reporte se describen los esfuerzos realizados para la fabricación de la primer celda solar reportada hecha totalmente de carbono, cuyas componentes (ánodo, capa activa y cátodo) se basan en carbono. Primero se evaluó la capa activa sobre electrodos estándar, la cual está compuesta de una bicapa de polímero tipo semiconductor hecho de nanotubos de carbono de pared sencilla y de C₆₀. Esta capa activa hecha de carbono, con un ánodo de óxido de indio estaño estándar y un cátodo metálico, tiene una eficiencia de conversión de energía de 0.46% bajo iluminación solar AM1.5. Después se describen los esfuerzos realizados para reemplazar los electrodos con electrodos hechos a base de carbono, para demostrar la primer celda solar hecha completamente de carbono, y para discutir los retos vigentes asociados a este proceso.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn304410w 

DOORS OPEN DAY AT THE PHYSICS INSTITUTE UNAM - DÍA DE PUERTAS ABIERTAS EN EL INSTITUTO DE FÍSICA UNAM

November 15, 2012: Doors open day at the Physics Institute UNAM (Mexico City, Mexico), where sol-gel materials, nanoscience and photonics are part of its research topics.

Noviembre 15, 2012: Día de puertas abiertas en el Instituto de Física UNAM (Ciudad de México, México), donde los materiales sol-gel, la nanociencia y la fotónica son parte de sus temas de investigación.

http://www.fisica.unam.mx/dpa2012/

HIGH STRAIN RATE DEFORMATION OF LAYERED NANOCOMPOSITES

 "High strain rate deformation of layered nanocomposites". J. -H. Lee, D. Veysset, J. P. Singer, M. Retsch, G. Saini, T. Pezeril, K. A. Nelson, E. L. Thomas. NATURE COMMUNICATIONS 3, 1164 (2012). DOI: 10.1038/ncomms2166

Insight into the mechanical behaviour of nanomaterials under the extreme condition of very high deformation rates and to very large strains is needed to provide improved understanding for the development of new protective materials. Applications include protection against bullets for body armour, micrometeorites for satellites, and high-speed particle impact for jet engine turbine blades. Here we use a microscopic ballistic test to report the responses of periodic glassy-rubbery layered block-copolymer nanostructures to impact from hypervelocity micron-sized silica spheres. Entire deformation fields are experimentally visualized at an exceptionally high resolution (below 10 nm) and we discover how the microstructure dissipates the impact energy via layer kinking, layer compression, extreme chain conformational flattening, domain fragmentation and segmental mixing to form a liquid phase. Orientation-dependent experiments show that the dissipation can be enhanced by 30% by proper orientation of the layers.

Se requiere profundizar en el comportamiento mecánico de nanomateriales bajo la condición extrema de deformaciones y esfuerzos muy altos, para mejorar el entendimiento que permita el desarrollo de nuevos materiales protectores. Las aplicaciones incluyen armaduras para protección contra balas, para protección de satélites contra meteoritos, y para protección de las aspas de turbinas contra impactos de partículas a una alta velocidad. Aquí se usó una prueba balística microscópica, y se reportan las respuestas de nanoestructuras periódicas de vidrio-polímero organizadas en forma de capas por copolímeros de bloque, ante impactos de esferas de dióxido de silicio de tamaño micrométrico que se desplazan hipervelozmente. Se visualizaron experimentalmente las deformaciones completas de los campos con una resolución excepcionalmente alta (por debajo de los 10 nm) y se descubrió como es que la microestructura disipa la energía de impacto a través de la curvatura de las capas, su compresión, del aplanamiento conformacional extremo de las cadenas, de la fragmentación de dominios y del mezclado segmentado para la formación de una fase líquida. Los experimentos dependientes de la orientación muestran que la disipación puede incrementarse hasta un 30% cuando las capas están orientadas adecuadamente.

http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2166.html 

EXCITATION ENHANCEMENT OF A QUANTUM DOT COUPLED TO A PLASMONIC ANTENNA

"Excitation Enhancement of a Quantum Dot Coupled to a Plasmonic Antenna". E. B. Ureña, M. P. Kreuzer, S. Itzhakov, H. Rigneault, R. Quidant, D. Oron, J. Wenger. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201202783

Plasmonic antennas are key elements to control the luminescence of quantum emitters. However, the antenna's influence is often hidden by quenching losses. Here, the luminescence of a quantum dot coupled to a gold dimer antenna is investigated. Detailed analysis of the multiply excited states quantifies the antenna's influence on the excitation intensity and the luminescence quantum yield separately. 

Las antenas plasmónicas son elementos clave para el control de la luminiscencia de emisores cuánticos. Sin embargo, la influencia de las antenas frecuentemente queda oculta por pérdidas debidas a inhibición. Aquí se investiga la luminiscencia de un punto cuántico acoplado a una antena dímero de oro. El análisis detallado de los múltiples estados excitados cuantifica, por separado, la influencia de la antena en la intensidad de excitación y la eficiencia cuántica de luminiscencia. 

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202783/abstract

REVEALING THE QUANTUM REGIME IN TUNNELLING PLASMONICS

 "Revealing the quantum regime in tunnelling plasmonics". K. J. Savage, M. M. Hawkeye, R. Esteban, A. G. Borisov, J. Aizpurua, J. J. Baumberg. In press. NATURE. DOI: 10.1038/nature11653

When two metal nanostructures are placed nanometres apart, their optically driven free electrons couple electrically across the gap. The resulting plasmons have enhanced optical fields of a specific colour tightly confined inside the gap. Many emerging nanophotonic technologies depend on the careful control of this plasmonic coupling, including optical nanoantennas for high-sensitivity chemical and biological sensors, nanoscale control of active devices, and improved photovoltaic devices. But for subnanometre gaps, coherent quantum tunnelling becomes possible and the system enters a regime of extreme non-locality in which previous classical treatments fail. Electron correlations across the gap that are driven by quantum tunnelling require a new description of non-local transport, which is crucial in nanoscale optoelectronics and single-molecule electronics. Here, by simultaneously measuring both the electrical and optical properties of two gold nanostructures with controllable subnanometre separation, we reveal the quantum regime of tunnelling plasmonics in unprecedented detail. All observed phenomena are in good agreement with recent quantum-based models of plasmonic systems, which eliminate the singularities predicted by classical theories. These findings imply that tunnelling establishes a quantum limit for plasmonic field confinement of about 10⁻⁸λ³ for visible light (of wavelength λ). Our work thus prompts new theoretical and experimental investigations into quantum-domain plasmonic systems, and will affect the future of nanoplasmonic device engineering and nanoscale photochemistry.

Cuando dos nanoestructuras metálicas se encuentran ubicadas algunos nanómetros aparte, sus electrones libres, controlados con luz, se acoplan eléctricamente a través de la separación. Los plasmones resultantes tienen campos ópticos incrementados de un color específico que están altamente confinados en la separación. Muchas de las tecnologías nanofotónicas emergentes dependen de un control cuidadoso de este acoplamiento plasmónico, incluyendo nanoantenas ópticas para sensores de alta sensibilidad química y biológica, control nanométrico de dispositivos activos, y dispositivos fotovoltaicos mejorados. Pero en el caso de separaciones subnanométricas, el efecto túnel cuántico coherente se vuelve posible, y el sistema entra en un régimen de extrema no localidad, en la cual los previos tratamientos clásicos fallan. Las correlaciones electrónicas a través de la separación que son controlados por efecto túnel cuántico requieren de una nueva descripción de transporte no local, la cual es crucial en optoelectrónica nanométrica y en electrónica de moléculas aisladas. Aquí, a partir de la medición simultánea de las propiedades ópticas y eléctricas de dos nanoestructuras de oro con una separación subnanométrica controlada, se muestra el régimen cuántico del efecto túnel plasmónico con un detalle sin precedentes. Todos los fenómenos observados son bien descritos por los modelos cuánticos recientes de sistemas plasmónicos, los cuales eliminan las singularidades predichas por las teorías clásicas. Estos resultados implican que el efecto túnel establece un límite cuántico para el confinamiento de campo plasmónico de cerca de 10⁻⁸λ³ para la luz visible (de longitud de onda λ). El trabajo resalta las nuevas investigaciones teóricas y experimentales en sistemas plasmónicos en el dominio de la cuántica, e influirá en la ingeniería futura de dispositivos nanoplasmónicos, así como en la fotoquímica nanométrica.

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature11653.html 

COLLOIDS WITH VALENCE AND SPECIFIC DIRECTIONAL BONDING

 "Colloids with valence and specific directional bonding". Y. Wang, Y. Wang, D. R. Breed, V. N. Manoharan, L. Feng, A. D. Hollingsworth, M. Weck, D. J. Pine. NATURE 491, 51 (2012). DOI: 10.1038/nature11564

The ability to design and assemble three-dimensional structures from colloidal particles is limited by the absence of specific directional bonds. As a result, complex or low-coordination structures, common in atomic and molecular systems, are rare in the colloidal domain. Here we demonstrate a general method for creating the colloidal analogues of atoms with valence: colloidal particles with chemically distinct surface patches that imitate hybridized atomic orbitals, including sp, sp², sp³, sp³d, sp³d² and sp³d³. Functionalized with DNA with single-stranded sticky ends, patches on different particles can form highly directional bonds through programmable, specific and reversible DNA hybridization. These features allow the particles to self-assemble into ‘colloidal molecules’ with triangular, tetrahedral and other bonding symmetries, and should also give access to a rich variety of new microstructured colloidal materials.

La capacidad para diseñar y ensamblar estructuras tridimensionales a partir de partículas coloidales tiene llimitaciones debido a la ausencia de enlaces direccionales específicos. Como resultado, es muy difícil encontrar estructuras complejas o de baja coordinación, como las que se encuentran en los sistemas atómicos y moleculares, en el dominio coloidal. Aquí se demuestra un método general para la creación de analogías coloidales de átomos con valencia: partículas coloidales con diversos parches químicos superficiales que imitan orbitales atómicos hibridados, que incluyen sp, sp², sp³, sp³d, sp³d² y sp³d³. Funcionalizando con ADN con terminaciones de enlace sencillas, los parches en diferentes partículas pueden formar enlaces altamente direccionales a partir de la hibridación programada, específica y reversible de ADN. Estas características permiten a las partículas autoensamblarse en "moléculas coloidales" con simetrías triangular, tetraédrica y con otras simetrías de enlace, y deben permitir elaborar toda una rica variedad de materiales coloidales microestructurados.

http://www.nature.com/nature/journal/v491/n7422/full/nature11564.html 

HIGH-PERFORMANCE CARBON NANOTUBE TRANSPARENT CONDUCTIVE FILMS BY SCALABLE DIP COATING

 "High-Performance Carbon Nanotube Transparent Conductive Films by Scalable Dip Coating". F. Mirri, A. W. K. Ma, T. T. Hsu, N. Behabtu, S. L. Eichmann, C. C. Young, D. E. Tsentalovich, M. Pasquali. ACS NANO. In press. DOI: 10.1021/nn303201g

Transparent conductive carbon nanotube (CNT) films were fabricated by dip-coating solutions of pristine CNTs dissolved in chlorosulfonic acid (CSA) and then removing the CSA. The film performance and morphology (including alignment) were controlled by the CNT length, solution concentration, coating speed, and level of doping. Using long CNTs (~10 μm), uniform films were produced with excellent optoelectrical performance (~100 Ω/sq sheet resistance at ~90% transmittance in the visible), in the range of applied interest for touch screens and flexible electronics. This technique has potential for commercialization because it preserves the length and quality of the CNTs (leading to enhanced film performance) and operates at high CNT concentration and coating speed without using surfactants (decreasing production costs).

Se fabricaron películas transparentes y conductoras, hechas de nanotubos de carbono (CNT), mediante recubrimientos hechos por inmersión en soluciones de CNTs puro disuelto en ácido clorosulfónico (CSA), el cual se remueve después de la inmersión. El desempeño de las películas y su morfología (que incluye el alineamiento) fueron controlados a partir de la longitud de los CNT, la concentración de la solución, la rapidez con que se hace el recubrimiento, y la cantidad de contaminantes. Usando CNTs largos (~10 μm), se produjeron películas delgadas uniformes con excelente desempeño optoeléctrico (~100 Ω/área de resistencia con ~90% de transmitancia en el visible) en el intervalo de interés para su aplicación en pantallas táctiles y en electrónica flexible. Esta técnica es potencialmente comercializable porque no modifica la longitud ni la calidad de los CNTs (llevando a una mejora en el desempeño de las películas) y funciona aún con altas concentraciones de CNTs y altas velocidades de recubrimiento, sin necesidad de usar tensoactivos (esto reduce los costos de producción).

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn303201g 

AUTONOMOUS MOTORS OF A METAL-ORGANIC FRAMEWORK POWERED BY REORGANIZATION OF SELF-ASSEMBLED PEPTIDES AT INTERFACES

 

"Autonomous motors of a metal–organic framework powered by reorganization of self-assembled peptides at interfaces". Y. Ikezoe, G. Washino, T. Uemura, S. Kitagawa, H. Matsui. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3461

A variety of microsystems have been developed that harness energy and convert it to mechanical motion. Here we have developed new autonomous biochemical motors by integrating a metal–organic framework (MOF) and self-assembling peptides. The MOF is applied as an energy-storing cell that assembles peptides inside nanoscale pores of the coordination framework. The nature of peptides enables their assemblies to be reconfigured at the water/MOF interface, and thus converted to fuel energy. Reorganization of hydrophobic peptides can create a large surface-tension gradient around the MOF that can efficiently power its translational motion. As a comparison, the velocity normalized by volume for the diphenylalanine–MOF particle is faster and the kinetic energy per unit mass of fuel is more than twice as great as that for previous gel motor systems. This demonstration opens the route towards new applications of MOFs and reconfigurable molecular self-assembly, possibly evolving into a smart autonomous motor capable of mimicking swimming bacteria and, with integrated recognition units, harvesting target chemicals.

Se ha desarrollado toda una variedad de microsistemas que aprovechan la energía y la convierten en movimientos mecánicos. Aquí se muestra el desarrollo de motores bioquímicos autónomos, a partir de la integración de una matriz metal-orgánica (MOF) y péptidos autoensamblados. La MOF se usa como una celda de almacenamiento de energía, que organiza a los péptidos dentro de los poros nanométricos de la matriz de coordinación. La naturaleza de los péptidos permite ensamblarlos a partir de su reconfiguración en la interfaz agua/MOF, y así convertirlos en energía combustible. La reorganización de los péptidos hidrofóbicos puede generar un fuerte gradiente de tensión superficial alrededor de la MOF, lo cual promueve eficientemente su movimiento traslacional. A modo de comparación, la velocidad normalizada por volumen, para una partícula de difenilalanina-MOF, es mayor y su energía cinética por unidad de masa de combustible también es mayor por un factor de dos, respecto a los sistemas motorizados previos hechos de gel. Esta demostración abre la posibilidad de nuevas aplicaciones de las MOFs y del autoensamblaje molecular reconfigurable, posiblemente dando lugar a motores autónomos inteligentes capaces de imitar el nado de las bacterias y, con unidades integradas de reconocimiento, atrapar químicos bien identificados.

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3461.html 

POST-DOC POSITION: SYNTHESIS OF BIOACTIVE SCAFFOLDS WITH CONTROLLED POROSITY

A post-doc position is opening at Institut Pascal (UMR 6602 CNRS) in collaboration with the Institut of Chemistry of Clermont-Ferrand (ICCF, UMR 6296 CNRS) in Clermont-Ferrand, France ( http://ip.univ-bpclermont.fr/ ).

The candidate should have strong skills in material science especially analysis and interpretation of the structures via microscopy (optical, SEM) and porosity characterization (gas adsorption, mercury porosimetry). Background in sol-gel synthesis would be appreciated. The candidate should have interest for chemical engineering aspect of the process.

More information at: https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=14

Se ha abierto una plaza posdoctoral en el Instituto Pascal (UMR 6602 CNRS) en colaboración con el Instituto de Química de Clermont-Ferrand (ICCF, UMR 6296 CNRS) en Clermont-Ferrand, Francia ( http://ip.univ-bpclermont.fr/ ).

El candidato debe tener fuertes bases en ciencia de materiales, especialmente en el análisis e interpretación de estructuras a partir de microscopia (óptica, SEM), y en caracterización de porosidad (adsorción de gas, porosimetría con mercurio). Es deseable que el candidato posea conocimientos de síntesis sol-gel. El candidato debe tener interés por los aspectos de ingeniería química del proceso.

Más información en:  https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=14

HIGH-DENSITY INTEGRATION OF CARBON NANOTUBES VIA CHEMICAL SELF-ASSEMBLY

"High-density integration of carbon nanotubes via chemical self-assembly". H. Park, A. Afzali, S.-J. Han, G. S. Tulevski, A. D. Franklin, J. Tersoff, J. B. Hannon, W. Haensch. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.189

Carbon nanotubes have potential in the development of high-speed and power-efficient logic applications. However, for such technologies to be viable, a high density of semiconducting nanotubes must be placed at precise locations on a substrate. Here, we show that ion-exchange chemistry can be used to fabricate arrays of individually positioned carbon nanotubes with a density as high as 1 × 10⁹ cm⁻²—two orders of magnitude higher than previous reports. With this approach, we assembled a high density of carbon-nanotube transistors in a conventional semiconductor fabrication line and then electrically tested more than 10,000 devices in a single chip. The ability to characterize such large distributions of nanotube devices is crucial for analysing transistor performance, yield and semiconducting nanotube purity.

Los nanotubos de carbono tienen el potencial de desarrollar aplicaciones lógicas de alta velocidad eficientes energéticamente. Sin embargo, para que dichas tecnologías sean viables, se debe poder colocar una alta densidad de nanotubos semiconductores en posiciones precisas sobre un substrato. Aquí se muestra que la química de intercambio de iones puede usarse para fabricar arreglos de nanotubos de carbono posicionados individualmente, con una densidad tan alta como 1 × 10⁹ cm⁻²—dos órdenes de magnitud mayor que lar reportadas previamente. Con esta estrategia, se ensamblaron transistores de alta densidad de nanotubos de carbono en una línea de fabricación convencional de semiconductores, y entonces se probaron eléctricamente más de 10,000 dispositivos en un único circuito. La capacidad de caracterizar distribuciones de dispositivos de nanotubos así de grandes es muy importante para el análisis del desempeño de los transistores, de su eficiencia y de la pureza de los nanotubos semiconductores.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.189.html

MUSCLE-LIKE SUPRAMOLECULAR POLYMERS: INTEGRATED MOTION FROM THOUSANDS OF MOLECULAR MACHINES

 

"Muscle-like Supramolecular Polymers: Integrated Motion from Thousands of Molecular Machines". G. Du, E. Moulin, N. Jouault, E. Buhler, N. Giuseppone. ANGEWANDTE CHEMIE. In press. DOI: 10.1002/ange.201206571

Mini-muscles: Double up threaded rotaxanes, in the presence of zinc or iron ions, can be polymerized and associated with coordinating units. pH changes trigger cooperative contractions (or expansions) of individual rotaxanes, in which the contour length of the muscle-like supramolecular chains change to several micrometers.

Minimúsculos: Rotaxanos de doble brazo, en presencia de iones de zink o de hierro, pueden polimerizar y asociarse con unidades de coordinación. Los cambio en el pH desencadenan contracciones (o expansiones) cooperativas de los rotaxanos individuales, en los cuales la longitud de las cadenas supramoleculares tipo músculo cambian en varios micrómetros.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201206571/abstract 

SURFACE FUNCTIONALIZED NANOFIBRILLAR CELLULOSE (NFC) FILM AS A PLATFORM FOR IMMUNOASSAYS AND DIAGNOSTICS

 "Surface Functionalized Nanofibrillar Cellulose (NFC) Film as a Platform for Immunoassays and Diagnostics". H. Orelma, I. Filpponen, L.-S. Johansson, M. Osterberg, O. J. Rojas, J. Laine. BIOINTERPHASES 7, 61 (2012). DOI: 10.1007/s13758-012-0061-7

We introduce a new method to modify films of nanofibrillated cellulose (NFC) to produce non-porous, water-resistant substrates for diagnostics. First, water resistant NFC films were prepared from mechanically

disintegrated NFC hydrogel, and then their surfaces were carboxylated via TEMPO-mediated oxidation. Next, the topologically functionalized film was activated via EDS/NHS chemistry, and its reactivity verified with bovine serum albumin and antihuman IgG. The surface carboxylation, EDC/NHS activation and the protein attachment were confirmed using quartz crystal microbalance with dissipation, contact angle measurements, conductometric titrations, X-ray photoelectron spectroscopy and fluorescence microscopy. The surface morphology of the prepared films was investigated using confocal laser scanning microscopy and atomic force microscopy. Finally, we demonstrate that antihuman IgG can be immobilized on the activated NFC surface using commercial piezoelectric inkjet printing.

Se presenta un nuevo método que modifica películas de celulosa nanofibrilar (NFC) para producir substratos para diagnósis no porosos y resistentes al agua. Primero, se prepararon películas NFC resistentes al agua a partir de la desintegración mecánica de un hidrogel NFC, y entonces sus superficies fueron carboxiladas mediante una oxidación TEMPO. En seguida, la película topológicamente funcionalizada se activó mediante química EDS/NHS, y su reactividad fue verificada con serum albúmina bovina e IgG antihumano. La carboxilación de la superficie, la activación EDC/NHS y el anclaje de proteínas se confirmaron mediante una microbalanza de cristal de cuarzo con disipación, mediante mediciones de ángulo de contacto, titulaciones conductométricas, espectroscopia fotoelectrónica de rayos X y microscopia de fluorescencia. La morfología de la superficie de las películas preparadas se investigó usando microscopia láser de barrido cofocal y microscopia de fuerza atómica. Finalmente, se demuestra que el IgG antihumano puede inmobilizarse sobre la superficie NFC, utilizando impresión comercial, piezoeléctrica, de inyección de tinta.

http://www.springerlink.com/content/34221770q130577t/

SELF-ASSEMBLY OF VERTICALLY ALIGNED GOLD NANOROD ARRAYS ON PATTERNED SUBSTRATES

 "Self-Assembly of Vertically Aligned Gold Nanorod Arrays on Patterned Substrates". T. Thai, Y. Zheng, S. H. Ng, S. Mudie, M. Altissimo, U. Bach. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION 51, 8732 (2012). DOI: 10.1002/anie.201204609

Nanorods standing at attention! A self-assembly technique based on convective and capillary forces was used for the direct fabrication of standing arrays of gold nanorods on lithographically predefined areas. The hexagonal close-packed structure of gold nanorods creates an ideal substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy.

Los nanocilindros llaman la atención! Una técnica de autoensamblaje, basada en fuerzas convectivas y capilares, fue empleada para la fabricación directa de arreglos de nanocilindros de oro en regiones predefinidas mediante litografía. La estructura hexagonal compacta de los nanocilindros de oro genera una superficie ideal para la espectroscopia Raman superficial aumentada.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201204609/abstract