Oppervlakteplasmonresonantie - de collectieve trilling van elektronen op het oppervlak van metalen nanostructuren als reactie op excitatie met licht of lading - heeft onlangs veel aandacht gekregen van de wetenschappelijke gemeenschap vanwege het brede scala aan mogelijke toepassingen, vooral in fotonica. Mohsen Rahmani en collega's van het A*STAR Data Storage Institute hebben het mogelijke gebruik van dit fenomeen nu uitgebreid met hun ontdekking dat de oppervlakteplasmonica van assemblages van nanodeeltjes sterk lijkt op de energetische interacties tussen atomen in tweedimensionale moleculen.

De resonantie-eigenschappen van oppervlakteplasmonen worden bepaald door de precieze samenstelling van de nanostructuur, inclusief het metaal, het substraat en zelfs de vorm van de structuur zelf. Interacties tussen nanostructuren wanneer ze dicht bij elkaar worden gebracht, kunnen ook de plasmonresonantie van het systeem aanzienlijk veranderen. Deze benadering is onderzocht voor toepassing bij het ontwerp van zeer scherpe plasmonresonanties die zeer gevoelig zijn voor de externe omgeving, met gebruik, bijvoorbeeld, bij gasdetectie.

De onderzoekers bestudeerden complexe tweedimensionale ontwerpen op basis van assemblages van vier gouden nanodiscs. Met de afstand tussen de schijven op slechts 18 nanometer, sterke interacties vonden plaats tussen de plasmonische modi van de afzonderlijke schijven. conceptueel, deze interactie tussen de optische toestanden van de gouden nanodiscs is vergelijkbaar met de elektronische interactie tussen atomen in een molecuul. "De trigonale vlakke moleculen die in ons werk worden nagebootst, behoren tot de weinige natuurlijk voorkomende vlakke moleculen, ', zegt Rahmani.

Zoals in een molecuul, de interacties tussen nanoschijven in een plasmonsysteem leiden tot meerdere plasmonresonantiepieken in plaats van de enige piek die wordt geproduceerd door een enkele geïsoleerde schijf. “Gebaseerd op zulke directe analogieën, plasmonische nanostructuren kunnen daarom een ​​handig hulpmiddel zijn om de eigenschappen van complexere moleculen te bestuderen, ', legt Rahmani uit.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om driedimensionale structuren te ontwerpen en te fabriceren, waardoor ze een breder scala aan moleculen zouden kunnen bestuderen. Dergelijke studies zouden kunnen leiden tot een beter begrip van de moleculaire orbitaaltheorie in vlakke trigonale moleculen, en van het gedrag van koolstofatomen in grafeenplaten. De analogie tussen moleculen en plasmonische structuren zou ook kunnen worden gebruikt om de ontwikkeling van een aantal fotonische apparaten te bevorderen. “De analogie kan voordelen opleveren voor toepassingen in nanolithografie, optische schakeling en niet-lineaire spectroscopie, ', zegt Rahmani. Gezien het enorme aantal moleculen dat beschikbaar is als blauwdrukken voor het ontwerp van specifieke eigenschappen, de potentiële toepassingen van dergelijke plasmonische systemen zullen naar verwachting talrijk en verstrekkend zijn.