Lokaliserad ytplasmon
En lokaliserad ytplasmon ( LSP ) är resultatet av inneslutningen av en ytplasmon i en nanopartikel av storlek jämförbar med eller mindre än våglängden av ljus som används för att excitera plasmonen . När en liten sfärisk metallisk nanopartikel bestrålas av ljus, orsakar det oscillerande elektriska fältet att ledningselektronerna oscillerar sammanhängande. När elektronmolnet förskjuts i förhållande till sin ursprungliga position uppstår en återställande kraft från Coulombic attraktion mellan elektroner och kärnor. Denna kraft får elektronmolnet att svänga. Svängningsfrekvensen bestäms av elektronernas täthet, den effektiva elektronmassan och storleken och formen på laddningsfördelningen. LSP har två viktiga effekter: elektriska fält nära partikelns yta förstärks avsevärt och partikelns optiska absorption har ett maximum vid plasmonresonansfrekvensen . Ytplasmonresonans kan också ställas in baserat på formen på nanopartikeln. Plasmonfrekvensen kan relateras till metallens dielektriska konstant. Förstärkningen faller av snabbt med avstånd från ytan och för ädelmetallnanopartiklar uppstår resonansen vid synliga våglängder. Lokaliserad ytplasmonresonans skapar lysande färger i metallkolloidala lösningar.
För metaller som silver och guld påverkas svängningsfrekvensen också av elektronerna i d-orbitaler. Silver är ett populärt val inom plasmonik, som studerar effekten av att koppla ljus till laddningar, eftersom det kan stödja en ytplasmon över ett brett spektrum av våglängder (300-1200 nm), och dess maximala absorptionsvåglängd ändras lätt. Till exempel ändrades toppabsorptionsvåglängden för triangulära silvernanopartiklar genom att ändra trianglarnas hörnskärpa. Den genomgick en blåförskjutning när hörnskärpan i trianglarna minskade. Dessutom genomgick toppabsorptionsvåglängden en rödförskjutning då en större mängd reduktionsmedel (HAuCl4) tillsattes och porositeten hos partiklarna ökade. För halvledarnanopartiklar är den maximala optiska absorptionen ofta i det nära-infraröda och mittinfraröda området.
Förökande ytplasmoner
Lokaliserade ytplasmoner skiljer sig från förökande ytplasmoner. I lokaliserade ytplasmoner oscillerar elektronmolnet kollektivt. Vid förökning av ytplasmoner fortplantar sig ytplasmonen fram och tillbaka mellan strukturens ändar. Ytplasmoner som förökar sig måste också ha minst en dimension som är nära eller längre än våglängden för infallande ljus. Vågorna som skapas i fortplantande ytplasmoner kan också ställas in genom att kontrollera geometrin hos metallnanostrukturen.
Karakterisering och studie av lokaliserade ytplasmoner
Ett mål med plasmonics är att förstå och manipulera ytplasmoner i nanoskala, så karakterisering av ytplasmoner är viktig. Vissa tekniker som ofta används för att karakterisera ytplasmoner är mörkfältsmikroskopi, UV-vis-NIR-spektroskopi och ytförstärkt Raman-spridning (SERS). Med mörkfältsmikroskopi är det möjligt att övervaka spektrumet av en enskild metallnanostruktur när den infallande ljuspolariseringen, våglängden eller variationerna i den dielektriska miljön ändras.
Ansökningar
.jpg)
Plasmonresonansfrekvensen är mycket känslig för omgivningens brytningsindex ; en förändring i brytningsindex resulterar i en förskjutning i resonansfrekvensen . Eftersom resonansfrekvensen är lätt att mäta gör detta att LSP-nanopartiklar kan användas för avkänningstillämpningar i nanoskala . Dessutom kan nanopartiklar som uppvisar starka LSP-egenskaper, såsom guld nanorods , förbättra signalen vid ytplasmonresonansavkänning. Nanostrukturer som uppvisar LSP-resonanser används för att förbättra signaler i moderna analytiska tekniker baserade på spektroskopi . Andra tillämpningar som förlitar sig på effektiv ljus-till-värme-generering i nanoskala är värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR), fototermisk cancerterapi och termofotovoltaik. Hittills har högeffektiva tillämpningar som använder plasmonics inte realiserats på grund av de höga ohmska förlusterna inuti metaller, särskilt i det optiska spektralområdet (synligt och NIR). Dessutom har ytplasmoner använts för att skapa superlinser, osynlighetskappor och för att förbättra kvantberäkning. Ett annat intressant forskningsområde inom plasmonik är förmågan att slå på och "av" plasmoner via modifiering av en annan molekyl. Möjligheten att slå på och av plasmoner har viktiga konsekvenser för att öka känsligheten i detektionsmetoder. Nyligen kopplades en supramolekylär kromofor med en metallnanostruktur. Denna interaktion förändrade de lokaliserade ytplasmonresonansegenskaperna hos silvernanostrukturen genom att öka absorptionsintensiteten.