Guld nanostrukturer hjælper udviklingen af ​​nye fotoniske enheder

Overfladeplasmonresonans - den kollektive vibration af elektroner på overfladen af ​​metalliske nanostrukturer som reaktion på excitation med lys eller ladning - har for nylig vundet stor opmærksomhed fra det videnskabelige samfund på grund af dets brede vifte af mulige anvendelser, især inden for fotonik. Mohsen Rahmani og medarbejdere fra A*STAR Data Storage Institute har nu udvidet de potentielle anvendelser af dette fænomen med deres opdagelse af, at overfladeplasmonikken i samlinger af nanopartikler ligner de energetiske interaktioner mellem atomer i todimensionelle molekyler.

Overfladeplasmoners resonansegenskaber bestemmes af den præcise sammensætning af nanostrukturen, inklusive metal, underlaget og endda formen på selve strukturen. Interaktioner mellem nanostrukturer, når de bringes tæt sammen, kan også signifikant ændre systemets plasmonresonans. Denne tilgang er blevet undersøgt til anvendelse i design af meget skarpe plasmonresonanser, der er meget følsomme over for det ydre miljø, med anvendelser, for eksempel, i gassensing.

Forskerne studerede komplekse to-dimensionelle design baseret på samlinger af fire guld nanodiske. Med afstanden mellem skiverne indstillet til kun 18 nanometer, stærke interaktioner forekom mellem de plasmoniske tilstande af de individuelle diske. Begrebsmæssigt, denne interaktion mellem de optiske tilstande af guldnanoskiverne ligner den elektroniske interaktion mellem atomer i et molekyle. "De trigonale plane molekyler efterlignet i vores arbejde er blandt de få naturligt forekommende plane molekyler, ” siger Rahmani.

Som i et molekyle, interaktionerne mellem nanodiske i et plasmonisk system fører til flere plasmonresonanstoppe i stedet for den eneste peak produceret af en enkelt isoleret disk. "Baseret på sådanne direkte analogier, plasmoniske nanostrukturer kunne derfor være et praktisk værktøj til at studere egenskaberne af mere komplekse molekyler, ” forklarer Rahmani.

I fremtiden, forskerne planlægger at designe og fremstille tredimensionelle strukturer, hvilket ville give dem mulighed for at studere en bredere vifte af molekyler. Sådanne undersøgelser kunne føre til en bedre forståelse af molekylær orbitalteori i plane trigonale molekyler, og af carbonatomers opførsel i grafenplader. Analogien mellem molekyler og plasmoniske strukturer kunne også bruges til at fremme udviklingen af ​​en række fotoniske enheder. "Analogien kunne gavne applikationer inden for nanolitografi, optisk switching og ikke-lineær spektroskopi, ” siger Rahmani. I betragtning af det store antal molekyler, der er tilgængelige som tegninger til design af specifikke egenskaber, de potentielle anvendelser af sådanne plasmoniske systemer forventes at være talrige og vidtrækkende.