Plasmonics:Fra metalfolier til kræftbehandling

I en rettidig gennemgang, forskere fra Japan, Tyskland, og Spanien giver et yderst relevant overblik over historien, fysisk fortolkning og anvendelse af plasmoner i metalliske nanostrukturer.

Tadaaki Nagao ved International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS) og kolleger i Tyskland og Spanien præsenterer en anmeldelse af plasmoner i metalliske nanomaterialer. Artiklen er offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Forfatterne giver en omfattende oversigt over egenskaberne af plasmoner i nanomaterialer med vægt på banebrydende arbejde fra Ruthemann og Lang om elektronenergitabspektroskopi (EELS) af elektronbevægelse i tynde metalfolier; nylig infrarød analyse af metalliske nanoroder og nano-øer i nanoskala fremstillet ved 'top-down' fotolitografi; og potentialet ved metalliske atomtråde til at understøtte plasmoniske resonatingstilstande. Gennemgangen indeholder detaljerede forklaringer på plasmoner til in vivo biosensering og nanoantenner.

En plasmon kan visualiseres som en kollektiv svingning af elektronisk 'væske' i metaller, ligner bølger i søen, som er vandmolekylernes kollektive måde. Desuden, overfladeplasmoner er sådanne svingninger begrænset til overflader af metaller, som viser en stærk interaktion med lys, fører til dannelsen af ​​såkaldte 'polaritoner'. Futuristiske anvendelser af plasmoner inkluderer ideelle linser og endda usynlige kapper.

Forskning i 1940'erne af Ruthemann og Lang om elektroner, der flyder i tynde metalfolier ved hjælp af EELS, gav det første eksperimentelle tegn på tilstedeværelsen af ​​de teoretisk forudsagte 'plasmasvingninger' i metaller. I 1957 forudsagde Richie og kolleger eksistensen af ​​'overfladelokaliserede' plasmoner, som blev bekræftet af Powell og Swan af EELS et par år senere. I 1960'erne bestemte forskere optiske dispersionskurver ved hjælp af optisk spektroskopi, og derved åbne mulighed for optiske anvendelser af plasmonstrukturer.

I denne anmeldelse, Nagao og kolleger tilbyder indsigt i optiske anvendelser af lokaliserede overfladeplasmoner i strukturer produceret ved fotolitografi. Specifikke eksempler omfatter metalliske nanoantenna -detektorer - hvor resonant excitation af lys fører til ultrahøj elektromagnetisk feltforbedring på grund af plasmonpolaritoner lokaliseret på overfladen af ​​nanostrukturer; og optiske interaktioner mellem arrays af nanoroder til 'overfladeforbedret Raman -spredning', som viser potentiale for in vivo biomolekylær sansning. Forfatterne beskriver også fremstillingen af ​​en prototype random-nanogap-antenne til forbedret IR-spektroskopi og in situ spektral overvågning af overfladeforbedring af infrarød absorption under filmvækst.

Desuden, forfatterne beskriver nye tendenser inden for plasmonisk forskning, især observation af plasmoniske resonansformer i indium -nanotråde dyrket i ultrahøjt vakuum på trinede siliciumsubstrater. De forudser, at disse nanotråde vil blive brugt som byggesten til udvikling af fremtidens plasmoniske enheder.

Denne anmeldelse indeholder 86 referencer og 12 figurer, at levere en uvurderlig kilde til ajourført information til tilflyttere og eksperter inden for dette spændende forskningsområde.