Plasmonische nano-antennes vervaardigd bij EPFL: gouden nanodeeltjes worden afgezet op een gouden film bedekt met een laag moleculen. Lichtemissie van defecten nabij het filmoppervlak wordt sterk versterkt door het antenne-effect, waardoor detectie mogelijk is. Krediet: Nicolas Antille, nicolasantille.com
Omdat individuele atomen of moleculen 100 tot 1000 keer kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, is het notoir moeilijk om informatie te verzamelen over hun dynamiek, vooral wanneer ze zijn ingebed in grotere structuren.
In een poging om deze beperking te omzeilen, ontwerpen onderzoekers metalen nano-antennes die licht concentreren in een klein volume om elk signaal dat uit hetzelfde nanoschaalgebied komt dramatisch te versterken. Nano-antennes vormen de ruggengraat van nanoplasmonica, een veld dat een grote invloed heeft op biosensoren, fotochemie, het oogsten van zonne-energie en fotonica.
Nu hebben onderzoekers van EPFL onder leiding van professor Christophe Galland van de School of Basic Sciences ontdekt dat wanneer groen laserlicht op een gouden nano-antenne schijnt, de intensiteit ervan lokaal wordt verhoogd tot een punt dat het gouden atomen uit hun evenwicht ‘klopt’. posities, waarbij de hele tijd de integriteit van de algehele structuur behouden blijft. De gouden nano-antenne versterkt ook het zeer zwakke licht dat wordt verstrooid door de nieuw gevormde atoomdefecten, waardoor het zichtbaar wordt met het blote oog.
Deze dans van atomen op nanoschaal kan dus worden waargenomen als oranje en rode flitsen van fluorescentie, die handtekeningen zijn van atomen die herschikkingen ondergaan. “Dergelijke verschijnselen op atomaire schaal zouden moeilijk waar te nemen zijn in situ, zelfs met zeer geavanceerde elektronen- of röntgenmicroscopen, omdat de clusters van goudatomen die de lichtflitsen uitzenden, begraven liggen in een complexe omgeving tussen miljarden andere atomen”, zegt Galland .
De onverwachte bevindingen roepen nieuwe vragen op over de exacte microscopische mechanismen waarmee een zwak continu groen licht sommige goudatomen in beweging kan zetten. “Het beantwoorden ervan is essentieel om optische nano-antennes uit het laboratorium in de wereld van toepassingen te brengen – en we werken eraan”, zegt Wen Chen, de eerste auteur van het onderzoek.
De studie is gepubliceerd in Nature Communications.
Wen Chen, et al. Intrinsieke luminescentie knippert uit plasmonische nanojuncties. Nature Communications 21 mei 2021. DOI: 10.1038 / s41467-021-22679-y
Nature Communications
Geleverd door Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
