To forskellige kollektive oscillationer af elektroner, der forekommer på guldnanopartikler, observeret for første gang

Forskergruppen af ​​professor Hiroaki Misawa fra Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University og adjunkt Atsushi Kubo fra Fakultetet for Rene og Anvendte Videnskaber, Universitetet i Tsukuba, har med succes observeret udfasningstiden for de to forskellige typer af kollektive bevægelser af elektroner genereret på overfladen af ​​en guldnanopartikel for første gang i verden, ved at kombinere en laser, der udsender ultrakorte lysimpulser, med et fotoemissionselektronmikroskop.

Når guld reduceres til størrelsen i nanometerskala, dens farve er rød i stedet for guld. Når guldnanopartikler udsættes for lys, de kollektive oscillationer af elektroner, der findes på guldets lokaliserede overflade, forårsager, at rødt lys bliver kraftigt absorberet og spredt.

Dette fænomen kaldes Surface Plasmon Resonance. Den røde farve af farvet glas er også et resultat af dette fænomen. For nylig, guld nanopartikler er blevet meget brugt på forskellige områder, såsom anvendelse i graviditetstests.

Disse kollektive oscillationer af elektroner på overfladen af ​​guld-nanopartikler forårsaget af lys blev anset for at være et fænomen, der kun varede i ekstremt kort tid, og svært at måle på grund af denne korthed.

Vores forskergruppe udviklede en metode til at måle udfasningstiden for de kollektive oscillationer af elektroner, der forekommer på overfladen af ​​guldnanopartikler ved at kombinere en laser, der udsender ultrakorte lysimpulser på få femtosekunder (1 femtosekund =10 ^-15 sekunder), og et fotoemissionselektronmikroskop i høj rumlig opløsning.

Målt med denne teknik, de forskellige udfasningstider for de to forskellige kollektive svingninger, nemlig dipol- og quadrupol-overfladeplasmontilstande, kunne opløses og identificeres som 5 femtosekunder og 9 femtosekunder, henholdsvis.

Forskning, der bruger guldnanopartikler som optiske antenner til at høste lys til fotovoltaiske celler og et kunstigt fotosyntesesystem, der kan spalte vand for at opnå brint, skrider frem. Den vellykkede måling af udfasningstiden for de kollektive oscillationer af elektroner anses for at være en nyttig retningslinje i udviklingen af ​​disse systemer.