In een tijdige review paper, wetenschappers uit Japan, Duitsland, en Spanje geven een zeer relevant overzicht van de geschiedenis, fysische interpretatie en toepassingen van plasmonen in metalen nanostructuren.

Tadaaki Nagao van het International Centre for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS) en collega's in Duitsland en Spanje presenteren een overzicht van plasmonen in metalen nanomaterialen. Het artikel verschijnt deze week in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

De auteurs geven een uitgebreid overzicht van de eigenschappen van plasmonen in nanomaterialen met de nadruk op het pionierswerk van Ruthemann en Lang op elektronenenergieverliesspectroscopie (EELS) van elektronenbeweging in dunne metaalfolies; recente infraroodanalyse van metalen nanostaafjes en nano-eilanden op nanoschaal geproduceerd door 'top-down' fotolithografie; en het potentieel van metalen atomaire draden voor het ondersteunen van plasmonische resonantiemodi. De review bevat gedetailleerde uitleg van plasmonen voor in vivo biosensing en nanoantennes.

Een plasmon kan worden gevisualiseerd als een collectieve oscillatie van elektronische 'vloeistof' in metalen, vergelijkbaar met golven in het meer, die de collectieve modus van de watermoleculen zijn. Verder, oppervlakteplasmonen zijn dergelijke oscillaties die beperkt zijn tot de oppervlakken van metalen, die een sterke interactie met licht vertonen, wat leidt tot de vorming van zogenaamde ‘polaritonen’. Futuristische toepassingen van plasmonen omvatten ideale lenzen en zelfs onzichtbaarheidsmantels.

Onderzoek in de jaren 1940 door Ruthemann en Lang naar elektronen die in dunne metaalfolies stromen met behulp van EELS leverde het eerste experimentele teken op van de aanwezigheid van de theoretisch voorspelde 'plasma-oscillaties' in metalen. In 1957 voorspelden Richie en collega's het bestaan ​​van 'oppervlakte-gelokaliseerde' plasmonen, die een paar jaar later door Powell en Swan door EELS werd bevestigd. In de jaren zestig bepaalden onderzoekers optische dispersiecurven met behulp van optische spectroscopie, waardoor de mogelijkheid van optische toepassingen van plasmonstructuren wordt geopend.

In deze recensie, Nagao en collega's bieden inzicht in optische toepassingen van gelokaliseerde oppervlakteplasmonen in structuren geproduceerd door fotolithografie. Specifieke voorbeelden zijn onder meer metalen nanoantennedetectoren - waarbij resonante excitatie van licht leidt tot ultrahoge elektromagnetische veldversterking dankzij plasmonpolaritonen die zijn gelokaliseerd aan het oppervlak van nanostructuren; en optische interacties tussen arrays van nanostaafjes voor 'oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing', die potentieel voor in vivo biomoleculaire detectie laat zien. De auteurs beschrijven ook de fabricage van een prototype random-nanogap-antenne voor verbeterde IR-spectroscopie en in situ spectrale monitoring van oppervlakteverbetering van infraroodabsorptie tijdens filmgroei.

Verder, de auteurs beschrijven nieuwe trends in plasmonisch onderzoek, in het bijzonder observatie van plasmonische resonantiemodi in indium nanodraden gekweekt in ultrahoog vacuüm op getrapte siliciumsubstraten. Ze voorspellen dat deze nanodraden zullen worden gebruikt als bouwstenen voor de ontwikkeling van plasmonische apparaten van de toekomst.

Deze recensie bevat 86 referenties en 12 figuren, een onschatbare bron van up-to-date informatie voor nieuwkomers en experts in dit spannende onderzoeksgebied.