Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Plasmoniske pionerer skyder væk i kamp om lyset

Rice University-forskere argumenterede for dominansen af ​​fotoluminescens som kilden til lys udsendt af plasmoniske metalnanopartikler i et nyt papir. Deres teknikker kunne bruges til at udvikle solceller og biosensorer. Kredit:Anneli Joplin/Rice University

Når du tænder en metal nanopartikel, du får lys tilbage. Det er ofte en anden farve. Det er en kendsgerning - men hvorfor er til debat.

I et nyt papir i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver , Riskemiker Stephan Link og kandidatstuderende Yi-Yu Cai laver en sag, der fotoluminescens, i stedet for at sprede Raman, giver guld nanopartikler deres bemærkelsesværdige lys-emitterende egenskaber.

Forskerne siger, at det er vigtigt at forstå, hvordan og hvorfor nanopartikler udsender lys, for at forbedre solcelleeffektiviteten og designe partikler, der bruger lys til at udløse eller fornemme biokemiske reaktioner.

Den langvarige debat, med beslutsomme videnskabsmænd på begge sider, handler om, hvordan lys af en farve får nogle nanopartikler til at udsende lys af en anden farve. Cai, avisens hovedforfatter, sagde, at debatten opstod ud af halvlederforskning i 1970'erne og for nylig blev udvidet til feltet af plasmoniske strukturer.

"Raman-effekten er som en bold, der rammer en genstand og hopper af, " sagde Cai. "Men i fotoluminescens, objektet absorberer lyset. Energien i partiklen bevæger sig rundt, og emissionen kommer bagefter."

For otte år siden, Links forskergruppe rapporterede det første spektroskopiske studie af luminescens fra enkelte plasmoniske nanorods, og det nye papir bygger på det arbejde, viser, at gløden opstår, når varme bærere - elektronerne og hullerne i ledende metaller - exciteres af energi fra en kontinuerlig bølgelaser og rekombinerer, mens de slapper af, med de interaktioner, der udsender fotoner.

Rice University-forskere undersøger kilden til lys, der udsendes af plasmoniske metalnanopartikler. I et nyt blad, de argumenterer for dominansen af ​​fotoluminescens i modsætning til Raman-spredning. Fra venstre:Yi-Yu Cai, Behnaz Ostovar og Lawrence Tauzin. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University

Ved at skinne bestemte frekvenser af laserlys på guld nanorods, forskerne var i stand til at fornemme temperaturer, som de sagde kun kunne komme fra ophidsede elektroner. Det er en indikation af fotoluminescens, fordi Raman-synet antager, at fononer, ikke exciterede elektroner, er ansvarlige for lysemission.

Link og Cai siger, at beviserne forekommer i effektiviteten af ​​anti-Stokes sammenlignet med Stokes emission. Anti-Stokes emission vises, når en partikels energiudgang er større end inputtet, mens Stokes emission, emnet for en tidligere afhandling fra laboratoriet, vises, når det omvendte er sandt. Engang betragtet som en baggrundseffekt relateret til fænomenet overfladeforstærket Raman-spredning, Stokes- og anti-Stokes-målinger viser sig at være fulde af nyttig information, der er vigtig for forskere, sagde Cai.

Sølv, aluminium og andre metalliske nanopartikler er også plasmoniske, og Cai forventer, at de også vil blive testet for at bestemme deres Stokes og anti-Stokes egenskaber. Men først, han og hans kolleger vil undersøge, hvordan fotoluminescens henfalder over tid.

"Vores gruppes retning fremad er at måle levetiden for denne emission, hvor længe den kan overleve efter at laseren er slukket, " han sagde.