Wetenschap
Onderzoekers kunnen nu nauwkeurig het ontstaan en de demping van een plasmonisch veld meten
Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Universität Hamburg, DESY en Stanford University heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld om het elektrische veld van willekeurige plasmonische monsters, zoals bijvoorbeeld gouden nanodeeltjes, te karakteriseren. Plasmonische materialen zijn van bijzonder belang vanwege hun buitengewone efficiëntie bij het absorberen van licht, wat cruciaal is voor hernieuwbare energie en andere technologieën.
In het tijdschrift Nano Letters , rapporteren de onderzoekers over hun onderzoek, dat de gebieden van nanoplasmonica en nanofotonica zal bevorderen met hun veelbelovende technologieplatforms.
Gelokaliseerde oppervlakteplasmonen zijn een unieke excitatie van elektronen in metalen op nanoschaal, zoals goud of zilver, waarbij de mobiele elektronen in het metaal collectief oscilleren met het licht-elektrische veld. Hierdoor wordt optische energie gecondenseerd, wat op zijn beurt toepassingen in de fotonica en energieconversie mogelijk maakt, bijvoorbeeld in de fotokatalyse.
Om dergelijke toepassingen vooruit te helpen, is het belangrijk om de details van de plasmonaandrijving en demping te begrijpen. Eén probleem bij de ontwikkeling van gerelateerde experimenten is echter dat de processen plaatsvinden op extreem korte tijdschalen (binnen enkele femtoseconden).
De attosecondegemeenschap, waaronder hoofdauteurs Matthias Kling en Francesca Calegari, heeft hulpmiddelen ontwikkeld om het oscillerende elektrische veld van ultrakorte laserpulsen te meten. Bij een van deze veldbemonsteringsmethoden wordt een intense laserpuls tussen twee elektroden in de lucht gefocusseerd, waardoor een meetbare stroom wordt gegenereerd. De intense puls wordt vervolgens bedekt met een zwakke signaalpuls die moet worden gekarakteriseerd.
De signaalpuls moduleert de ionisatiesnelheid en daarmee de gegenereerde stroom. Door de vertraging tussen de twee pulsen af te schermen, ontstaat een tijdsafhankelijk signaal dat evenredig is met het elektrische veld van de signaalpuls.
"We hebben deze configuratie voor het eerst gebruikt om het signaalveld te karakteriseren dat voortkomt uit een resonant opgewonden plasmonisch monster", zegt Francesca Calegari, hoofdwetenschapper bij DESY, hoogleraar natuurkunde aan de Universität Hamburg en woordvoerder van de Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging van de materie."
Door het verschil tussen de gereconstrueerde puls en plasmon-interactie en de referentiepuls konden de wetenschappers de opkomst van het plasmon en het snelle verval ervan traceren, wat ze bevestigden door elektrodynamische modelberekeningen.
"Onze aanpak kan worden gebruikt om willekeurige plasmonische monsters te karakteriseren in omgevingsomstandigheden en in het verre veld", voegt CUI-wetenschapper prof. Holger Lange toe. Bovendien zou de precieze karakterisering van het laserveld dat uit nanoplasmonische materialen voortkomt een nieuw hulpmiddel kunnen vormen om het ontwerp van fasevormende apparaten voor ultrakorte laserpulsen te optimaliseren.