Fysikere kvantificerer temperaturændringer i metal nanotråde

(Phys.org) — Brug af interaktionen mellem lys- og ladningsudsving i metal nanostrukturer kaldet plasmoner, en fysiker fra University of Arkansas og hans samarbejdspartnere har demonstreret evnen til at måle temperaturændringer i meget små 3D-områder i rummet.

Plasmoner kan opfattes som bølger af elektroner i en metaloverflade, sagde Joseph B. Herzog, gæsteprofessor i fysik, som var medforfatter til et papir med detaljerede oplysninger om resultaterne, der blev offentliggjort 1. januar af tidsskriftet Nano bogstaver , en publikation fra American Chemical Society.

Papiret, med titlen "Thermoplasmonics:Quantifying Plasmonic Heating in Single Nanowires, blev skrevet sammen af ​​Rice University-forskerne Mark W. Knight og Douglas Natelson.

I forsøgene, Herzog, som sluttede sig til U of A-fakultetet sidste sommer, fremstillede plasmoniske nanostrukturer med elektronstrålelitografi og fokuserede præcist en laser på en guld nanotråd med en optisk scanning.

"Dette arbejde måler ændringen i elektrisk modstand af en enkelt guld nanotråd, mens den er oplyst med lys, " Herzog sagde. "Ændringen i modstand er relateret til temperaturændringen af ​​nanotråden. At være i stand til at måle temperaturændringer ved små volumener på nanoskala kan være svært, og at bestemme, hvilken del af denne temperaturændring, der skyldes plasmoner, kan være endnu mere udfordrende.

"Ved at variere polariseringen af ​​lyset, der falder ind på nanostrukturerne, det plasmoniske bidrag fra den optiske opvarmning er blevet bestemt og bekræftet med beregningsmodellering, " han sagde.

Herzogs udgivelse er i en hastigt voksende, specialiseret område kaldet termoplasmonik, et underområde af plasmonics, der studerer virkningerne af varme på grund af plasmoner og er blevet brugt i applikationer lige fra kræftbehandling til solenergihøst.

Herzog kombinerer sin forskning i plasmoner med sin ekspertise inden for nano-optik, som er nanoskalastudiet af lys.

"Det er et område i vækst, " sagde han. "Nano-optik og plasmonik giver dig mulighed for at fokusere lys i mindre områder, der er under lysets diffraktionsgrænse. En plasmonisk nanostruktur er som en optisk antenne. Plasmon-lys-interaktionen gør plasmonics fascinerende."

Herzog opretter sit forskningslaboratorium på University of Arkansas, som vil fokusere på nano-optik og plasmonik. Ud over sin udnævnelse i fysik, Herzog samarbejder med universitetets mikroelektronik-fotonik-program er et fakultetsmedlem og University of Arkansas' Institute for Nanoscience and Engineering.