Onderzoekers kunnen nu nauwkeurig het ontstaan ​​en de demping van een plasmonisch veld meten

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Universität Hamburg, DESY en Stanford University heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld om het elektrische veld van willekeurige plasmonische monsters, zoals bijvoorbeeld gouden nanodeeltjes, te karakteriseren. Plasmonische materialen zijn van bijzonder belang vanwege hun buitengewone efficiëntie bij het absorberen van licht, wat cruciaal is voor hernieuwbare energie en andere technologieën.

In het journaal Nano-brievenzo melden de onderzoekers hun studiedat de gebieden nanoplasmonica en nanofotonica zal bevorderen met hun veelbelovende technologieplatforms.

Gelokaliseerde oppervlakteplasmonen zijn een unieke excitatie van elektronen in metalen op nanoschaal, zoals goud of zilver, waarbij de mobiele elektronen in het metaal collectief oscilleren met het licht-elektrische veld. Hierdoor wordt optische energie gecondenseerd, wat op zijn beurt toepassingen in de fotonica en energieconversie mogelijk maakt, bijvoorbeeld in de fotokatalyse.

Om dergelijke toepassingen vooruit te helpen, is het belangrijk om de details van de plasmonaandrijving en demping te begrijpen. Eén probleem bij de ontwikkeling van gerelateerde experimenten is echter dat de processen plaatsvinden op extreem korte tijdschalen (binnen enkele femtoseconden).

De attosecondegemeenschap, waaronder hoofdauteurs Matthias Kling en Francesca Calegari, heeft hulpmiddelen ontwikkeld om het oscillerende elektrische veld van ultrakorte laserpulsen te meten. Bij een van deze veldbemonsteringsmethoden wordt een intense laserpuls tussen twee elektroden in de lucht gefocusseerd, waardoor een meetbare stroom wordt gegenereerd. De intense puls wordt vervolgens bedekt met een zwakke signaalpuls die moet worden gekarakteriseerd.

De signaalpuls moduleert de ionisatiesnelheid en daarmee de gegenereerde stroom. Het afschermen van de vertraging tussen de twee pulsen levert een tijdsafhankelijk signaal op dat evenredig is met het elektrische veld van de signaalpuls.

“We hebben deze configuratie voor het eerst gebruikt om het signaalveld te karakteriseren dat voortkomt uit een resonant opgewonden plasmonisch monster”, zegt Francesca Calegari, hoofdwetenschapper bij DESY, hoogleraar natuurkunde aan de Universität Hamburg en woordvoerder van de Cluster of Excellence “CUI: Advanced Imaging van de materie.”

Het verschil tussen de gereconstrueerde puls en plasmon-interactie en de referentiepuls stelde de wetenschappers in staat de opkomst van het plasmon en het snelle verval ervan te traceren, wat ze bevestigden door elektrodynamische modelberekeningen.

“Onze aanpak kan worden gebruikt om willekeurige plasmonische monsters te karakteriseren in omgevingsomstandigheden en in het verre veld”, voegt CUI-wetenschapper prof. Holger Lange toe. Bovendien zou de precieze karakterisering van het laserveld dat uit nanoplasmonische materialen voortkomt een nieuw hulpmiddel kunnen vormen om het ontwerp van fasevormende apparaten voor ultrakorte laserpulsen te optimaliseren.