Goud wordt meestal gezien als een glanzend metaal, maar in zijn poreuze vorm, goud lijkt eigenlijk dof en zwart. De oppervlakken van nanoporeus goud zijn ruw en het metaal verliest zijn glans. Michel Bosman van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en medewerkers hebben nu experimenteel aangetoond dat de dofheid een gevolg is van de manier waarop binnenkomend licht zich koppelt aan de elektronen op het goudoppervlak.

Een lichtstraal die metaal raakt, kan ervoor zorgen dat alle elektronen aan het oppervlak tegelijk gaan oscilleren. Als het licht zich binnen een geschikte smalle golflengteband bevindt, het wordt geabsorbeerd door het oppervlak en creëert hybride halfmateriedeeltjes die bekend staan ​​​​als oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP's). Bosman en zijn team toonden aan dat de smalbandige absorptie van veel SPP's over een oppervlak kan worden gecombineerd om de breedbandige hoge absorptiekenmerken van nanoporeuze materialen te geven. “Onze metingen laten zien dat deze materialen helemaal niet zwart zijn als je ze van dichtbij bekijkt; ze zijn eigenlijk heel kleurrijk, ’, legt Bosman uit. “Ze lijken ons alleen zwart omdat we ze van ver bekijken, waar over een groot gebied alle verschillende kleuren zijn opgenomen.”

Deze effecten veroorzaakt door de SPP's treden op op submicronniveau. Om deze reden, conventionele optische beeldvormingsmethoden bieden niet de resolutie die nodig is om SPP's rechtstreeks te bekijken. In antwoord, het team gebruikte beeldvormingstechnieken op basis van elektronenstralen. Door elektronen aan het oppervlak af te vuren en de energie te meten die ze verliezen tijdens hun interactie met het materiaal, Bosman en zijn team konden de energie berekenen die nodig is om een ​​SPP te creëren, en hieruit konden ze de golflengte van het licht afleiden dat het zou absorberen.

De onderzoekers scanden hun elektronenstraal over zowel gouden als zilveren films, waardoor ze een tweedimensionale kaart konden genereren die zowel de golflengte van het geabsorbeerde licht op een bepaald punt als de lokale oppervlaktegeometrie weergeeft (zie afbeelding). De variërende vorm en grootte van de nanoporiën leidden tot SPP's die licht absorberen met een breed scala aan golflengten.

Het concept zou kunnen leiden tot een verbeterde energieconversie-efficiëntie in fotovoltaïsche apparaten. “Deze resultaten laten zien dat het mogelijk is om de kleur van een gouden of zilveren film te ontwerpen, ’, zegt Bosmans. “Het zal, bijvoorbeeld, de energie van zonlicht efficiënter kunnen absorberen, door de lichtabsorptie van het goud of zilver af te stemmen op die van het zonnespectrum.”