Metalen nanodeeltjes kunnen een sleutelrol spelen in lichtdetectoren van de volgende generatie, optische schakelingen, en kankertherapieën. Om deze toekomstige technologieën te realiseren, het is belangrijk om te begrijpen wat er gebeurt als nanodeeltjes trillingen ondergaan, en de daaruit voortvloeiende verstrooiing van licht die kan optreden als gevolg van oscillaties, of oppervlakteplasmonen, in hun vrije elektronenwolk. Echter, er is weinig bekend over hoe deze trillingen precies worden beïnvloed door de directe omgeving van het nanodeeltje - in het bijzonder, hoe de omgeving de dissipatie van energie van een nanodeeltje beïnvloedt wanneer het trilt.

Sudhiranjan Tripathy bij het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en medewerkers, in samenwerking met Arnaud Arbouet en collega's van het Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) in Frankrijk, hebben nu het effect van verschillende omgevingen op individuele gouden nanodeeltjes geanalyseerd, hun akoestische trillingen en de bijbehorende energiedissipatie.

De onderzoekers onderzochten individuele nanoringen van goud met behulp van transiënte absorptiespectroscopie, waarbij het monster wordt geëxciteerd met een puls van laserlicht voordat de absorptie van licht bij verschillende golflengten wordt gemeten. Ze maten zowel de trillingsperiode als de dempingstijd - de snelheid waarmee de nanoring zijn energie aan zijn omgeving verliest.

“Wanneer een metalen systeem wordt verkleind tot nanometrische afmetingen, zijn vibratiemodi kunnen heel anders worden in vergelijking met zijn bulkvorm, ’, legt Tripathie uit. “Bijvoorbeeld, de demping van de akoestische trillingen wordt sterk beïnvloed door de elastische eigenschappen van de omgeving en het grensvlak tussen het nanodeeltje en zijn omgeving.”

Eerdere spectroscopiestudies hebben geëxperimenteerd met grote groepen nanodeeltjes, maar de collectieve benadering heeft zijn grenzen omdat nanodeeltjes van verschillende groottes verschillende trillingsperioden kunnen hebben. De onderzoekers overwonnen het probleem door te werken met individuele nanoringen, maar de oplossing had zijn eigen problemen.

De eerste uitdaging was de nanofabricage van perfect gecontroleerde en gekarakteriseerde nano-objecten. Ten tweede, er was de kwestie van het detecteren en bewaken van de akoestische trillingen van één enkel metalen nano-object. Dit betekende dat de onderzoekers relatieve veranderingen moesten meten in de orde van één op 10 miljoen.

De onderzoekers bestudeerden individuele nanoringen die waren omgeven door lucht of glycerol, en gericht op hoe de verschillende omgevingen de dempingstijd van de trillingen beïnvloedden. Dit leverde waardevol inzicht op in hoe energie van de nanoringen naar hun omgeving verdween. Het meest veelzeggend, de dempingstijden waren significant korter in de zeer viscose glycerol.

"Ons werk opent spannende perspectieven, waaronder het gebruik van metalen nanodeeltjes als massasensoren, of als sondes op nanoschaal van de elastische eigenschappen van hun lokale omgeving, ', zegt Tripathie.