Onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) en de University of Maryland hebben voor het eerst fotothermische geïnduceerde resonantie (PTIR) gebruikt om individuele plasmonische nanomaterialen te karakteriseren om absorptiekaarten en spectra met resolutie op nanometerschaal te verkrijgen. Nanostructurering van plasmonische materialen maakt engineering van hun resonante optische respons mogelijk en creëert nieuwe kansen voor toepassingen die profiteren van verbeterde licht-materie-interacties, inclusief voelen, fotovoltaïsche, fotokatalyse, en therapieën.

Vooruitgang in nanotechnologie wordt vaak mogelijk gemaakt door de beschikbaarheid van meetmethoden voor het karakteriseren van materialen op geschikte kleine lengteschalen. Door infraroodabsorptie op nanoschaal te meten, PTIR biedt informatie die anders niet beschikbaar is voor het karakteriseren en engineeren van plasmonische materialen. PTIR meet lichtabsorptie in een materiaal met behulp van een golflengte-afstembare laser en een scherpe punt in contact met het monster als een lokale detector. In tegenstelling tot veel andere methoden die tips op nanoschaal gebruiken voor het sonderen van materialen, in PTIR is de tip passief en interfereert hij niet met de meting. Bijgevolg, lichtabsorptie in het monster kan direct worden gemeten zonder dat een model van de punt of voorkennis van het monster nodig is.

De onderzoekers verzamelden absorptie-informatie op nanoschaal op twee manieren:ten eerste, door infraroodabsorptie in kaart te brengen tijdens het scannen van een tip op een monster onder constante golflengteverlichting; en ten tweede, door locatiespecifieke absorptiespectra te meten terwijl een laser over een reeks infrarode golflengten wordt bewogen. Met behulp van afstembare lasers die gebruikers van de CNST-faciliteit de mogelijkheid bieden om de golflengten te variëren van 1,55 µm tot 16,00 µm, de onderzoekers verwierven de infraroodabsorptiespectra op nanoschaal van gouden resonatoren, de eerste dergelijke meting van een plasmonisch nanomateriaal. Hoewel absorptiebeelden onmiddellijke visualisatie mogelijk maken en met andere technieken kunnen worden gemeten, de PTIR-spectra bieden de benodigde informatie om de afbeeldingen te interpreteren en experimenten te begeleiden.

Plasmonische materialen zoals goud, die een grote thermische geleidbaarheid en relatief kleine thermische uitzettingscoëfficiënten hebben, werden eerder als een uitdaging beschouwd om te meten met behulp van PTIR, omdat de techniek afhankelijk is van de thermische uitzetting van het monster voor het meten van lichtabsorptie. Volgens Andrea Centrone, een projectleider in de Energieonderzoeksgroep, "we hebben aangetoond dat PTIR-karakterisering niet alleen van toepassing is op isolatoren en halfgeleiders, zoals eerder aangetoond, maar dat metalen er ook vatbaar voor zijn. Dit is een belangrijke stap voorwaarts voor het toepassen van de PTIR-techniek op een grotere verscheidenheid aan functionele apparaten."