Forskere kan nu nøjagtigt måle fremkomsten og dæmpningen af ​​et plasmonisk felt

Et internationalt forskerhold ledet af Universität Hamburg, DESY og Stanford University har udviklet en ny tilgang til at karakterisere det elektriske felt af vilkårlige plasmoniske prøver, som for eksempel guld-nanopartikler. Plasmoniske materialer er af særlig interesse på grund af deres ekstraordinære effektivitet til at absorbere lys, hvilket er afgørende for vedvarende energi og andre teknologier.

I tidsskriftet Nano Letters , rapporterer forskerne om deres undersøgelse, som vil fremme områderne nanoplasmonics og nanophotonics med deres lovende teknologiplatforme.

Lokaliserede overfladeplasmoner er en unik excitation af elektroner i metaller på nanoskala såsom guld eller sølv, hvor de mobile elektroner i metallet oscillerer kollektivt med det lys-elektriske felt. Dette kondenserer optisk energi, hvilket igen muliggør anvendelser inden for fotonik og energikonvertering, for eksempel i fotokatalyse.

For at fremme sådanne applikationer er det vigtigt at forstå detaljerne i plasmondrevet og dæmpningen. Et problem for udviklingen af ​​relaterede eksperimenter er imidlertid, at processerne foregår på ekstremt korte tidsskalaer (inden for få femtosekunder).

Attosecond-fællesskabet, herunder hovedforfatterne Matthias Kling og Francesca Calegari, har udviklet værktøjer til at måle det oscillerende elektriske felt af ultrakorte laserimpulser. I en af ​​disse feltprøvetagningsmetoder fokuseres en intens laserimpuls i luften mellem to elektroder, hvilket genererer en målbar strøm. Den intense puls overlejres derefter med en svag signalpuls, der skal karakteriseres.

Signalimpulsen modulerer ioniseringshastigheden og dermed den genererede strøm. Screening af forsinkelsen mellem de to impulser giver et tidsafhængigt signal, der er proportionalt med signalimpulsens elektriske felt.

"Vi brugte denne konfiguration for første gang til at karakterisere signalfeltet, der kommer fra en resonant exciteret plasmonisk prøve," siger Francesca Calegari, ledende videnskabsmand ved DESY, fysikprofessor ved Universität Hamburg og en talsmand for Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging af materien."

Forskellen mellem den rekonstruerede puls med plasmoninteraktion og referencepulsen gjorde det muligt for forskerne at spore fremkomsten af ​​plasmonen og dens hurtige henfald, hvilket de bekræftede ved elektrodynamiske modelberegninger.

"Vores tilgang kan bruges til at karakterisere vilkårlige plasmoniske prøver under omgivende forhold og i det fjerne," tilføjer CUI-forsker prof. Holger Lange. Derudover kan den præcise karakterisering af laserfeltet, der kommer fra nanoplasmoniske materialer, udgøre et nyt værktøj til at optimere designet af faseformende enheder til ultrakorte laserimpulser.

Flere oplysninger: Kai-Fu Wong et al., Far-Field Petahertz Sampling of Plasmonic Fields, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00658

Journaloplysninger: Nano-bogstaver

Leveret af University of Hamburg