Lab proučuje molekularno mejo plazmonikov

Εκμέκ Καταΐφι - Ekmek Kantaifi από την Ελίζα MEchatzimike #MEchatzimike (Junij 2019).

Anonim

Raziskovalci Rice so raziskovali fizične meje vzbujenih elektronskih stanj, imenovane plazmone, tako da jih preučujejo v organskih molekulah z manj kot 50 atomi.

Plazmoni so oscilacije v plazmi prostih elektronov, ki se nenehno vrtijo po površini prevodnih materialov, kot so kovine. V nekaterih nanomaterialih lahko specifična barva svetlobe resonira s plazmo in povzroči, da v njej delujejo elektroni, da izgubijo posamezne identitete in se premikajo kot ene, v ritmičnih valovih. Riceov laboratorij za nanofotoniko (LANP) je postal vse večji seznam plazmonskih tehnologij za aplikacije, ki so raznolike, kot so steklo, ki spreminja barvo, molekularno zaznavanje, diagnostiko in zdravljenje raka, optoelektroniko, zbiranje sončne energije in fotokatalizo.

Poročanje na spletu v Zborniku Nacionalne akademije znanosti so znanstveniki LANP podrobno opisali rezultate dveletne eksperimentalne in teoretične študije plazmonov v treh različnih policikličnih aromatskih ogljikovodikih (PAHs). Za razliko od plazmonov v sorazmerno velikih kovinskih nanodelcih, ki jih je običajno mogoče opisati s klasično elektromagnetno teorijo, kot so Maxwellove enačbe, pa je pomanjkanje atomov v PAH proizvedenih plazmonov, ki jih je mogoče razumeti le v smislu kvantne mehanike, oblikovalec Naomi Halas, direktor LANP in vodilni raziskovalec na projektu.

"Ti PAH so v bistvu ostanki grafena, ki vsebujejo pet ali šest zlitih benzenov obročev, obkroženih z obodom vodikovih atomov", je dejal Halas. "Vsak toliko atomov ima, da dodajanje ali odstranjevanje celo ene elektronke dramatično spremeni njihovo elektronsko obnašanje."

Ekipa Halasa je eksperimentalno preverila obstoj molekularnih plazmonov v več predhodnih študijah. Toda preiskava, ki je združila teoretično in eksperimentalno perspektivo, je bila potrebna, je povedala koautorica Luca Bursi, podoktorski raziskovalni sodelavec in teoretični fizik v raziskovalni skupini študijskega sooblikovalca in soavtorja Peter Nordlanderja.

"Molekularne vzburjenosti so vseprisotna narava in zelo dobro proučevana, zlasti za nevtralne PAH, ki so v preteklosti veljali za standard neplazmonskih vzbujanj", je dejal Bursi. "Glede na to, koliko je že znano o PAH, so bili idealna izbira za nadaljnjo raziskavo lastnosti plazmonskih vzbujanj v sistemih, ki so majhne kot dejanske molekule, ki predstavljajo mejo plazmonikov".

Vodilni soavtor Kyle Chapkin, doktorat znanosti študentka uporabne fizike v raziskovalni skupini Halas je dejal: "Molekularni plazmoniki so novo območje na vmesniku med plazmoniki in molekularno kemijo, ki se hitro razvija. Ko plazmoniki dosežejo molekularno lestvico, izgubimo ostro razliko, kaj je plazmon in kaj ne. Moramo najti novo utemeljitev za razlago tega režima, ki je bila ena glavnih razlogov za to študijo. "

V svoji rodni državi so bili analizirani PAH-anantantren, benzo (ghi) perilen in perilen-nevtralni in ne morejo biti v plazmonskem stanju vzbujani z vidnimi svetlobnimi valovi, ki se uporabljajo v Chapkinih eksperimentih. V anionski obliki molekule vsebujejo dodaten elektron, ki spreminja njihovo "osnovno stanje" in jih naredi plazmonsko aktiven v vidnem spektru. Čeprav sta Chapkin in Bursi navduševala domorodne in anionske oblike molekul in natančno primerjali, kako so se obnašali, ko so se sprostili nazaj v tla, sta Chapkin in Bursi zgradila trdni primer, da anionske oblike podpirajo molekularne plazme v vidnem spektru.

Ključ, je dejal Chapkin, je ugotovil številne podobnosti med vedenjem znanih plazmonskih delcev in anionskih PAH. Z ujemanjem časovnega razporeda in načinov za sprostitveno vedenje je ekipa LANP ustvarila sliko značilne dinamike nizkoenergetskih plazmonskih vzbujanj v anionskih PAH.

"V molekulah so vse vzbujanja molekularne vzbujanje, vendar izberemo vzburjena stanja, ki kažejo nekatere značilnosti, ki nam omogočajo, da vzamemo vzporednico z dobro uveljavljenimi plazmonskimi vzbujanji v kovinskih nanostrukturah, " je dejal Bursi.

"Ta študija ponuja okno o včasih presenetljivem obnašanju kolektivnih vzbujanj v kvantnih sistemih z nekaj atomi, " je dejal Halas. "Tukaj smo se naučili, da bomo pomagali našemu laboratoriju in drugim pri razvoju kvantno-plazmonskih pristopov za ultrazvočno steklo, ki se spreminja v barvah, molekularno optoelektroniko in nelinearno plazmonsko optiko."

menu
menu