Войти
Свет, падающий на металлическую наночастицу, вызывает электроны зоны проводимости колеблются. Это локализованный поверхностный плазмон. A локализованный поверхностный плазмон (LSP) является результатом ограничения поверхностного плазмона в наночастице с размером, сопоставимым или меньшим чем длина волны света, используемая для возбуждения плазмона. Когда небольшая сферическая металлическая наночастица облучается светом, осциллирующее электрическое поле заставляет электроны проводимости колебаться когерентно. Когда электронное облако смещается относительно своего исходного положения, восстанавливающая сила возникает из-за кулоновского притяжения между электронами и ядрами. Эта сила заставляет электронное облако колебаться. Частота колебаний определяется плотностью электронов, эффективной массой электронов, а также размером и формой распределения заряда. LSP имеет два важных эффекта: электрические поля вблизи поверхности частицы значительно усиливаются, и оптическое поглощение частицы имеет максимум на резонансной частоте плазмона . Поверхностный плазмонный резонанс также можно настраивать в зависимости от формы наночастицы. Частоту плазмона можно связать с диэлектрической проницаемостью металла. Усиление быстро спадает с удалением от поверхности, и для наночастиц благородного металла резонанс возникает в видимых длинах волн. Локализованный поверхностный плазмонный резонанс создает яркие цвета в металлических коллоидных растворах.
Для таких металлов, как серебро и золото, на частоту колебаний также влияют электроны на d-орбиталях. Серебро - популярный выбор в плазмонике, которая изучает эффект связи света с зарядами, поскольку оно может поддерживать поверхностный плазмон в широком диапазоне длин волн (300-1200 нм), а длина волны его пикового поглощения легко изменяется. Например, длина волны пика поглощения треугольных наночастиц серебра была изменена путем изменения резкости углов треугольников. Он подвергся синему смещению, поскольку угловая резкость треугольников уменьшилась. Кроме того, длина волны пика поглощения претерпевала красное смещение по мере добавления большего количества восстанавливающего агента (HAuCl 4) и увеличения пористости частиц. Для полупроводниковых наночастиц максимальное оптическое поглощение часто приходится на ближнюю и среднюю инфракрасную области.
Локализованные поверхностные плазмоны отличаются от распространяющихся поверхностных плазмонов. В локализованных поверхностных плазмонах электронное облако колеблется коллективно. При распространении поверхностных плазмонов поверхностный плазмон распространяется вперед и назад между концами структуры. Распространяющиеся поверхностные плазмоны также должны иметь по крайней мере одно измерение, которое близко или длиннее длины волны падающего света. Волны, создаваемые распространяющимися поверхностными плазмонами, также можно настраивать, управляя геометрией металлической наноструктуры.
Цель плазмоники - понять поверхностные плазмоны и управлять ими. в наномасштабе, поэтому характеристика поверхностных плазмонов важна. Некоторые методы, часто используемые для характеристики поверхностных плазмонов, - это микроскопия темного поля, спектроскопия УФ-видимого-ИК-диапазона и комбинационное рассеяние света с усилением поверхности (SERS). С помощью темнопольной микроскопии можно отслеживать спектр отдельной металлической наноструктуры при изменении поляризации падающего света, длины волны или изменений диэлектрической среды.
Наночастицы золота, изображенные здесь под растровым электронным микроскопом, демонстрируют сильные резонансы LSP. Резонансная частота плазмона очень чувствительна к показателю преломления окружающей среды; изменение показателя преломления приводит к сдвигу резонансной частоты. Поскольку резонансную частоту легко измерить, это позволяет использовать наночастицы LSP для измерений в наномасштабе. Кроме того, наночастицы, проявляющие сильные свойства LSP, такие как золотые наностержни, могут усиливать сигнал при обнаружении поверхностного плазмонного резонанса. Наноструктуры, демонстрирующие резонансы LSP, используются для усиления сигналов в современных аналитических методах, основанных на спектроскопии. Другими приложениями, которые полагаются на эффективное преобразование света в тепло в наномасштабе, являются магнитная запись с подогревом (HAMR), фототермическая терапия рака и термофотовольтаика. До сих пор не реализованы высокоэффективные приложения с использованием плазмоники из-за высоких омических потерь внутри металлов, особенно в оптическом спектральном диапазоне (видимом и ближнем ИК-диапазоне). Кроме того, поверхностные плазмоны использовались для создания суперлинз, маскировок невидимости и для улучшения квантовые вычисления. Еще одна интересная область исследований в плазмонике - это способность «включать» и «выключать» плазмоны посредством модификации другой молекулы. Возможность включать и выключать плазмоны имеет важные последствия для повышения чувствительности методов обнаружения. Недавно супрамолекулярный хромофор был соединен с металлической наноструктурой. Это взаимодействие изменило свойства локализованного поверхностного плазмонного резонанса серебряной наноструктуры за счет увеличения интенсивности поглощения.
