Laboratooriumi sondid plasmakomponentide molekulaarpiirangut

Laboratooriumi tänav Tallinn (Aprill 2019).

Anonim

Rice'i ülikooli teadlased uurivad põnevate elektrooniliste olekute füüsikalisi piire, mida nimetatakse plasmoniteks, uurides neid vähem kui 50 aatomiga orgaanilistes molekulides.

Plasmonid on vabade elektronide plasmas, mis pidevalt juhtivate materjalide, nagu metallide, pinnale. Mõnedes nanomaterjalides võib valguse eriline värvus plasmaga resonantseerida ja põhjustada selle sees olevate elektronide kaotamist oma individuaalsete identiteetidega ja liikuda ühe rütmiliste lainetena. Rice's Nanophotonics Laboratory (LANP) on püüdnud välja kasvavat nimekirja plasmonikainetehnoloogiatest nii mitmekesisteks rakendusteks nagu värvi muutvad klaasid, molekulaarsed tunded, vähiuuringud ja -ravi, optoelektroonika, päikeseenergia kogumine ja fotokatalüüsi.

LANP-i teadlased esitasid Internetis teatamise riikliku akadeemia menetlustes üksikasjalikult kaheaastase eksperimentaalse ja teoreetilise uuringu tulemused kolme erineva polütsüklilise aromaatse süsivesiniku (PAH) plasmonide kohta. Erinevalt suhteliselt suurte metalli nanoosakeste plasmonidest, mida tavaliselt saab kirjeldada klassikalise elektromagnetiliste teooriatega nagu Maxwelli võrrandid, tekitab PAHide aatomite vähesus plasmoni, mida saab mõista ainult kvantmehhaanikatena, ütles uuringu kaasautor ja kaasautorid. disainer Naomi Halas, LANP direktor ja projektijuht.

"Need polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud on sisuliselt grafeeni jäägid, mis sisaldavad viit või kuut kondenseeritud benseeni tsüklit, mis on ümbritsetud vesinikuaatomite perimeetriga, " ütles Halas. "Seal on nii vähe aatomeid, et isegi ühe elektroni lisamine või eemaldamine muudab dramaatiliselt oma elektroonilist käitumist."

Halasi meeskond on mitmel varasemal uuringul eksperimenteerinud molekulaarsete plasmonide olemasolu. Kuid uurimine, mis ühendas külg külg teoreetilisi ja eksperimentaalseid perspektiive, oli vajalik uuringu kaasloaatoriks Luca Bursi, doktoranalüütikute ja teadusdemokraatide uurimisrühma teoreetilise füüsikuna Peter Nordlander.

"Molekulaarsed põnevad on igakülgsed ja väga hästi uuritud, eriti neutraalsete polütsükliliste aromaatsete süsivesinike puhul, mida on minevikus käsitletud kui mitteplasmonaarset ärritust", ütles Bursi. "Arvestades seda, kui palju on juba PAH-dest teada, olid nad ideaalseks võimaluseks plahmonaalsete eksitatuste omaduste edasiseks uurimiseks nii väikeste süsteemide kui tegelike molekulide puhul, mis moodustavad plasmonika piiri."

Lead kaasautor Kyle Chapkin, Ph.D. Halisi uurimisgrupi rakendusliku füüsika üliõpilane ütles: "Molekulaarsed plasmonika on plasmonika ja molekulaarse keemia vaheline uus piirkond, mis kiiresti areneb. Kui plasmoonid jõuavad molekulaarsesse mõõtkusse, siis me kaotame terava eristuse, mis moodustab plasmoni ja mis mitte. Peame leidma uue režiimi selle režiimi selgitamiseks, mis oli selle uuringu üheks peamiseks põhjuseks. "

Oma looduslikus olekus olid uuritud polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (antantreen, benso (ghi) perüleen ja perüleen) neutron-laenguga ja neid ei saanud Chapkini katsetes kasutatud valguse nähtavatel lainepikkustel plahmonaarsesse olekusse äratada. Nende anioonilises vormis sisaldavad molekulid täiendavat elektroni, mis muudab nende "põhi olekut" ja muudab need plasmooniliselt aktiivseks nähtavas spektris. Pöörates nii molekulide natiivseid kui anioonseid vorme ja võrdledes täpselt, kuidas nad käitusid, kui nad rahutuksid tagasi oma põhiparameetritele, ehitasid Chapkin ja Bursi kindlale juhtumile, et anioonilised vormid toetavad molekulaarset plasmoni nähtavas spektris.

Chapkin sõnul oli võti tuvastanud teadaolevate plasmooniosakeste ja anioonsete PAHide käitumise sarnasusi. Koosvõimaldades nii ajahetkedele kui ka režiimidele lõõgastusrežiimide jaoks, lõi LANP meeskond pilti vähese energiaga plasmonaarsetest ergastest iseloomulikust dünaamikast anioonsete polütsükliliste aromaatsete süsivesinike puhul.

"Molekulides on kõik eksktsioonid molekulaarsete ergutustega, kuid valitud elementidel on mõned omadused, mis võimaldavad meil tõmmata paralleelselt väljakujunenud plasmonikarakke metalli nanostruktuuridega, " ütles Bursi.

"See uuring pakub akna mõnevõrra üllataval käitumises kollektiivsete ergutuste kohta vähese aatomiga kvantsisüsteemides, " ütles Halas. "See, mida me siin oleme õppinud, aitab meie laborit ja teisi välja töötada kvartsplasmonaarsed lähenemisviisid ülikiire värvi muutva klaasi, molekulaarkaaluliste optoelektroonika ja mittelineaarse plasmon-vahendatud optika jaoks."

menu
menu