Hurtige tider og hot spots i plasmoniske nanostrukturer

Evnen til at kontrollere de tidsopløste optiske reaktioner af hybrid plasmoniske nanostrukturer blev demonstreret af et team ledet af forskere i Nanophotonics Group på Center for Nanoscale Materials inklusive samarbejdspartnere ved Argonne's Materials Science Division, Emory University, og Ohio University.

Anomalt stærke ændringer i de ultrahurtige tidsmæssige og spektrale reaktioner blev observeret afhængigt af geometrien og sammensætningen af ​​nanosystemerne, og excitationsbølgelængden. Teamet observerede et stort ultrahurtigt bidrag til det forbigående signal i plasmoniske nanostrukturer med hot spots. Modelleringsindsats viser, at intensiteten af ​​dette bidrag korrelerer med effektiviteten ved dannelsen af ​​meget spændte overfladeafgifter i nanostrukturer. Den store ultrahurtige komponent tilskrives den effektive frembringelse af varme plasmoniske elektroner på hot spots. Undersøgelsen udvikler og demonstrerer principperne for generering af energiske elektroner ved hjælp af specialdesignede plasmoniske nanostrukturer, der kan udnyttes inden for solfotokatalyse, fotodetektorer og ikke -lineære enheder.

Lys-stof-interaktion i metalliske nanosystemer styres af den kollektive svingning af deres overfladeelektroner, kaldet plasmoner. Efter ophidselse, plasmoner i metalliske nanopartikler absorberes af metalelektronerne gennem inter- og intrabåndsovergange, hvilket skaber en ikke-termisk fordeling af elektroner. De ophidsede elektroner ækvilibreres gennem elektron-elektron-interaktioner, hvilket skaber en varm elektronfordeling inden for få hundrede femtosekunder (fs), efterfulgt af en yderligere afslapning via elektron-phonon-spredning på et par picosekunder (ps) tidsskala. I det spektrale domæne, de ophidsede elektroner fremkalder ændringer i partiklernes plasmoniske resonanser ved at ændre metalets dielektriske konstant.

Disse resultater giver en vej til at indstille den ultrahurtige respons af konstruerede nanopartikelstrukturer til et ønsket tidspunkt og optisk respons. Dette arbejde udviklede principperne for generering af plasmoner og kan bruges i en række forskellige applikationer, herunder fotokatalyse, fotodetektorer og ikke -lineære enheder. CNM -funktioner inkluderede fremstilling, ultrahurtig spektroskopi, udryddelsesspektroskopi, og molekylær modellering (COMSOL).