کوچک شدن نانوماتریوشکاهای پلاسمونیکی

"ماتریوشکا" روسی

ما می دانیم که نور فرودی می تواند یک پاسخ نوری قوی در نانوساختارهای فلزی به دلیل برانگیختن حالت های پلاسمونیک تشدید ایجاد کند، یعنی الکترون های موجود در فلز توسط فوتون ها در نور فرودی برانگیخته می شوند و به طور جمعی نوسان می کنند. یکی از جالب ترین ویژگی های تشدید پلاسمون، تقویت و محصور کردن رفتارهای غیر تشعشعی نزدیک به جسم (یا میدان نزدیک) است که بر حد پراش اپتیک معمولی غلبه می کند و پتانسیل زیادی در زمینه های متعدد از جمله انرژی نشان می دهد. برداشت، علم مواد، ارتباطات داده و علوم زیستی.

اگر نانوساختارهای همسایه را به اندازه کافی نزدیک (اتصالات پلاسمونیک) قرار دهیم، یک جفت نوسانات آنها به نام حالت حفره ایجاد می شود که باعث می شود محصور شدن میدان نزدیک به ویژه مشخص شود. از سوی دیگر، نسبت به حضور هر گونه دی الکتریک بین نانوساختارها نیز بسیار حساس خواهد بود. به یاد بیاورید که دی الکتریک هر نارسانای بار الکتریکی است که وقتی در میدان الکتریکی قرار می گیرد، جابجایی الکترون های خود را نسبت به هسته آزمایش می کند، اما نه یک جریان بار، در نتیجه یک دوقطبی ایجاد می کند که دارای یک گشتاور الکتریکی در جهت است. میدان

شکل 1. ساختار یک نانوماتریوشکا پلاسمونیک طلایی.|اعتبار: لین و همکاران (2015)

اخیراً، به دلیل پتانسیل آن برای کاربردهای بیوسنینگ و تصویربرداری زیستی، به بررسی های تجربی و نظری ذرات پلاسمونیک "nanomatryoshka" که از یک هسته فلزی کروی تشکیل شده است که توسط یک پوسته فلزی متحدالمرکز که توسط یک لایه دی الکتریک جدا شده است، احاطه شده است، افزایش یافته است."نانو شکاف" داخلی، یعنی جداسازی هسته از پوسته، می تواند به راحتی با کنترل ضخامت فاصله دهنده دی الکتریک تنظیم شود، در نتیجه وسعت کوپلینگ و افزایش میدان نزدیک بین هسته و پوسته را کنترل می کند.

این پدیده به خوبی توسط نظریه الکترومغناطیسی کلاسیک توضیح داده شده است، که افزایش میدان الکتریکی قوی در ناحیه نانو شکاف ها را پیش بینی می کند. با این حال، زمانی که شکاف های اتصال به فواصل جداسازی زیر نانومتری می رسند، مطالعات اخیر نشان داده اند که اثرات مکانیکی کوانتومی، مربوط به تونل زنی و غربالگری غیرمحلی، ممکن است نقش مهمی را ایفا کند و منجر به کاهش افزایش میدان الکتریکی شود. از آنجایی که تئوری الکترومغناطیسی کلاسیک در توصیف رفتار پلاسمونیک در چنین شکاف های زیر نانومتری ناکام است، مدل های مختلفی برای توضیح تونل زنی الکترون در میان شکاف ها توسعه یافته اند.

شکل 2. خواص نوری نانوماتریوشکاها با هندسه های مختلف |اعتبار: Lin at al (2015)

اکنون، گروهی از محققان، از جمله ماریو زاپاتا و خاویر آیزپوروا از مرکز فیزیک مواد CSIC-UPV/EHU و DIPC، یک تحقیق جامع از خواص نوری نانومتریوشکاهای طلا با عرض های نانوگاپ مختلف از ۱۰۰ نانومتر تا زیر نانومتر ارائه می کنند. رژیم

آنها نشان می دهند که تئوری الکترومغناطیسی کلاسیک به درستی خواص نوری نانوماتریوشکاها را با جداسازی هسته از پوسته بزرگتر از یک نانومتر پیش بینی می کند، اما برای نانوماتریوشکاهایی با شکاف هایی به اندازه زیر نانومتر شکست می خورد. این به این دلیل است که از انتقال الکترون بین هسته و پوسته از طریق تک لایه خود مونتاژ شده غفلت می کند.

محققان یک مدل تصحیح کوانتومی ارائه می کنند که تونل زنی الکترون در سراسر شکاف را با جایگزینی محل اتصال با یک محیط موثر که با رسانایی تونل مشخص می شود، توضیح می دهد. این مدل خواص نوری میدان دور و نزدیک را در رژیم زیر نانومتری توصیف می کند.

با کاهش شکاف هسته و پوسته، جفت شدن بین پلاسمون های هسته و پوسته افزایش می یابد و منجر به هیبریداسیون قوی تر می شود. برای شکاف های اندازه زیر نانومتری، اثرات کوانتومی مانند انتقال الکترون از طریق اتصالات مولکولی بین هسته و پوسته مهم می شوند و در نتیجه غربالگری انتقال بار یکی از حالت های هیبرید شده در شکاف را نشان می دهند.

در حال حاضر، پیشرفت ها در زمینه پلاسمونیک کوانتومی با توسعه تکنیک های مناسب برای ساخت نانوحفره های زیر نانومتری محدود شده است. محققان همچنین یک رویکرد مقیاس پذیر از پایین به بالا برای ساخت نانوذرات با اثرات پلاسمونیک کوانتومی قوی ارائه می کنند که ممکن است راه را برای توسعه دستگاه های جدید مبتنی بر اثرات کوانتومی هموار کند.

نویسنده: سزار تومه لوپز نویسنده علمی و ویراستار Mapping Ignorance است.

منابع

1. لی لین ، ماریو زاپاتا ، مین Xiong ، ژونگوی لیو ، شانسان وانگ ، هونگ زو ، آندری جی بوریسوف ، هنگچن گو ، پیتر نوردلندر ، جاویر آیزپوروا و جیان یو (2015) نانوپتیک های پلاسمونیک نانوماشکاس:اتصال شل به Subnanometer Nano Letters doi: 10. 1021/acs. nanolett. 5b02931↩

اشتراک گذاری

نوشته شده توسط

مرکز فیزیک بین المللی Donostia (DIPC) یک مرکز تحقیقاتی مفرد است که در سال 2000 به تحقیق در زمینه برش در زمینه های فیزیک ماده متراکم و علوم مواد اختصاص داده شده است. از زمان تصور خود ، DIPC برای ارتقاء تعالی در تحقیقات ایستاده است ، که خواستار یک فضای انعطاف پذیر است که در آن خلاقیت با تنوع دیدگاه ها تحریک می شود. جامعه تحقیقاتی پویا آن دانشمندان میزبان محلی و جریان مداوم محققان بین المللی را ادغام می کند.

آخرین مقالات برای نویسنده

پیامدهای همبستگی حالت زمین در یکپارچه سازی سیستم های بسیار بدنه کوانتومی

یک ابرنواختر قرمز رنگ در یک کهکشان دور ، دور دور

آیا نانوتای معدنی امکان پذیر است؟مورد برای موارد مبتنی بر بورازین

حمل و نقل کایرال قوی با تغییرات میدان مغناطیسی کوچک تغییر یافته است

مقالات مرتبط

پاسخ پلاسمونی به شکل شکاف بستگی دارد

نانوفوتونیک شدید نانوذرات پلاسمونی

تشدید پلاسمونی در یک خوشه جادویی آلومینیومی

دوران دستگاه های ارگانو-پلاسمونیک

پاسخ را لغو کنید

ما را دنبال کنید

• ما را در توییتر دنبال کنید
• ما را در فیسبوک دنبال کنید
• در فید ما مشترک شوید

مشترک شدن توسط ایمیل

ابتکار عمل از

Cátedra de Cultura científica de la upv/ehu euskampus fundazioa ikerbasque - بنیاد باسک برای علوم