Het vermogen om de in de tijd opgeloste optische reacties van hybride plasmonische nanostructuren te beheersen, werd aangetoond door een team onder leiding van wetenschappers van de Nanophotonics Group van het Center for Nanoscale Materials, waaronder medewerkers van de Materials Science Division van Argonne, Emory-universiteit, en de Universiteit van Ohio.

Er werden abnormaal sterke veranderingen in de ultrasnelle temporele en spectrale reacties waargenomen, afhankelijk van de geometrie en de samenstelling van de nanosystemen, en de excitatiegolflengte. Het team observeerde een grote ultrasnelle bijdrage aan het transiënte signaal in plasmonische nanostructuren met hotspots. Modelleringsinspanningen tonen aan dat de intensiteit van deze bijdrage correleert met de efficiëntie van het genereren van zeer geëxciteerde oppervlakteladingen in de nanostructuren. De grote ultrasnelle component wordt toegeschreven aan de efficiënte generatie van hete plasmonische elektronen in hotspots. De studie ontwikkelt en demonstreert de principes om energetische elektronen te genereren met behulp van speciaal ontworpen plasmonische nanostructuren die kunnen worden gebruikt op het gebied van fotokatalyse op zonne-energie, fotodetectoren en niet-lineaire apparaten.

Licht-materie-interactie in metalen nanosystemen wordt bepaald door de collectieve oscillatie van hun oppervlakte-elektronen, plasmonen genoemd. Na opwinding, plasmonen in metalen nanodeeltjes worden geabsorbeerd door de metaalelektronen via inter- en intrabandovergangen, waardoor een niet-thermische verdeling van elektronen ontstaat. De aangeslagen elektronen komen in evenwicht door middel van elektron-elektron-interacties en creëren een hete elektronenverdeling binnen een paar honderd femtoseconden (fs), gevolgd door een verdere relaxatie via elektron-fononverstrooiing op een tijdschaal van enkele picoseconden (ps). In het spectrale domein, de geëxciteerde elektronen veroorzaken veranderingen in de plasmonische resonanties van de deeltjes door de diëlektrische constante van het metaal te wijzigen.

Deze resultaten bieden een pad voor het afstemmen van de ultrasnelle respons van gemanipuleerde nanodeeltjesstructuren voor een gewenste tijd en optische respons. Dit werk ontwikkelde de principes voor het genereren van plasmonen en kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder fotokatalyse, fotodetectoren en niet-lineaire apparaten. CNM-mogelijkheden omvatten fabricage, ultrasnelle spectroscopie, uitsterven spectroscopie, en moleculaire modellering (COMSOL).