Surface plasmon resonans i grænseflader heterodimere

Højkvalitets grænseflade Au-Ag heterodimerer i kvantestørrelsesregimet (diameter <10 nm) blev syntetiseret gennem en frø-medieret, overfladebegrænset epitaksial overvækststrategi af forskere i Nanophotonics Group ved Argonne National Laboratory. De første principberegninger fra Theory &Modeling Group bekræftede, at kvantestørrelseseffekter og dannelse af Au/Ag-grænseflader fører til en usædvanlig forbedring af den karakteristiske guldoverfladeplasmonresonans og fremkomsten af ​​en ladningsoverførselsplasmon på tværs af Au/Ag-domænerne. Så vidt vi ved, den forbedrede plasmoniske ydeevne på grund af Au/Ag ladningsoverførselsplasmonresonans er ikke blevet beskrevet før.

Et af nanoteknologiens store løfter er evnen til at kontrollere og begrænse lys på længdeskalaer, der er størrelsesordener mindre end optiske bølgelængder ved at udnytte et fænomen kendt som plasmoner, som er kollektive svingninger af ledningselektroner i metaller exciteret af synligt lys. Dette løfte er særligt fristende, når størrelsen af ​​plasmoniske strukturer nærmer sig den molekylære skala ( <10 nm), fordi det åbner muligheder for katalyse, sansning, og visse medicinske anvendelser. Imidlertid, det formodes generelt, at plasmoniske materialers ydeevne forringes betydeligt i denne skala på grund af begyndelsen af ​​kvantemekaniske virkninger.

En overraskende forbedring blev observeret i dette størrelsesregime, når to forskellige materialer (sølv og guld) blev forbundet med hinanden. Gennem teoretisk modellering og kvantemekaniske beregninger, kvanteeffekter blev bestemt til at være ansvarlige for denne forbedring ved at skabe en stærkere betingelse for en "ladningsoverførselsplasmon"-resonans. Den indsigt, der er opnået om denne nye mekanisme, kan foreslå generelle strategier for at overvinde tab i plasmonisk ydeevne i kvantestørrelsesregimet.