Met plasmon versterkte moleculaire spectroscopieën hebben enorme aandacht getrokken als krachtige detectietools met ultrahoge gevoeligheid tot op het niveau van één molecuul. De optische respons van moleculen in de buurt van nanostructuren met plasmonresonantie zou drastisch worden verbeterd door interacties met plasmonen. Echter, voorbij de signaalversterking, de molecuul-plasmon-interactie veroorzaakt ook onvermijdelijk sterke modificaties in de spectrale lijnvormen en vervormt de impliciete chemische informatie van moleculen. Een typisch voorbeeld zijn oppervlakteversterkte infraroodabsorptie (SEIRA) spectra. Vanwege de gedomineerde molecuul-plasmonkoppeling, de lijnvormen van moleculaire absorptiespectra vertonen gecompliceerde asymmetrische Fano-lijnvormen, in plaats van de symmetrische Lorentz-lijnvormen van sondemoleculen in de gasfase of in de oplossingsfase.

Veel baanbrekende studies waren gericht op het energie-ontstemmingsafhankelijke (het energieverschil tussen plasmonresonantie-energie en moleculaire vibratie-energie) en dempingsafhankelijke (het stralingsverlies versus het intrinsieke ohm-verlies) lijnvormeffect. De kwestie hoe de molecuul-plasmon near-field-interacties de evoluties van SEIRA-spectrale lijnvormen rechtstreeks beheersen, is zelden onderzocht. Verder, voorbij het tweelichameninteractiebeeld, hoe de molecuul-plasmon-interacties voor moleculen met onderscheidende koppelingssterkten gezamenlijk de evaluatie van spectrale lijnvormen regelen, is ook niet duidelijk. Onlangs, juni Yi, En-Ming You, Song-Yuan Ding, en Zhong-Qun Tian van de Universiteit van Xiamen boekten spannende vooruitgang en onthulden theoretisch hoe de molecuul-plasmon-koppelingssterkte de spectrale evoluties in SEIRA-spectra regelt. De resultaten laten zien dat zelfs als dezelfde moleculen koppelen met dezelfde plasmonische structuren, spectrale lijnvormen zijn afhankelijk van de koppelingsafstand, moleculaire dichtheid, en intrinsiek verlies van het plasmon in de nul-ontstemmingstoestand, d.w.z., de plasmonresonantie-energie is gelijk aan moleculaire vibratie-energie.

De auteurs toonden eerst aan dat de spectrale lijnvorm evolueert van een anti-absorptiedip naar een asymmetrisch Fano-profiel naarmate de koppelingssterkte tussen moleculen en plasmonen geleidelijk afnam door de afstand tussen moleculen en de plasmonische structuur te vergroten. De resultaten werden ook gereproduceerd door een analytisch model met de molecuul-plasmonkoppelingssterkte als invoerparameter, wat verder een gedomineerde dipool-dipool-interactie tussen moleculen en plasmonen aan het licht bracht.

De auteurs ontdekten verder dat moleculaire dichtheid ook een cruciale rol speelt bij het bepalen van de spectrale lijnvormen, omdat de koppelingssterkte afhangt van de vierkantswortel van de moleculaire dichtheid. interessant, een nieuwe spectrale modus werd voorspeld wanneer de dichtheid de drempel overschrijdt en zou rood verschuiven naar lagere energie als de dichtheid toeneemt. De auteurs verduidelijkten de oorsprong van de nieuwe modus van plasmon-gemedieerde coherente intermoleculaire interacties, specifiek, tussen moleculen die zich binnen en buiten de plasmonische hotspots bevinden. Gedetailleerde studies toonden aan dat de energieverschuiving van de nieuwe modus sterk afhangt van de intermoleculaire koppelingssterkte, kan dus worden toegepast om de coherente intermoleculaire interactie op nanoschaal te onderzoeken. De studies onthullen hoe de koppelingssterkte van moleculen en plasma's van invloed is op de spectrale profielen, en licht werpen op verdere studies over plasmon-geklede moleculaire elektronische of vibrationele toestanden in verschillende koppelingssterkte-regimes.