Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Свет, падающий на металлическую наночастицу, вызывает колебания электронов зоны проводимости. Это локализованный поверхностный плазмон.

Локализованы поверхностного плазмонного (ЛСП) является результатом удержания в поверхностного плазмона в наночастицы размером сравнимым или меньшим , чем длина волны света , используемого для возбуждения плазмон . Когда небольшая сферическая металлическая наночастица облучается светом, осциллирующее электрическое поле заставляет электроны проводимости колебаться когерентно. Когда электронное облако смещается относительно своего исходного положения, восстанавливающая сила возникает из-за кулоновского притяжения между электронами и ядрами. Эта сила заставляет электронное облако колебаться. Частота колебаний определяется плотностью электронов, эффективной массой электронов, а также размером и формой распределения заряда.[1] LSP имеет два важных эффекта: электрические поля вблизи поверхности частицы значительно усиливаются, а оптическое поглощение частицы имеет максимум на резонансной частоте плазмона . Поверхностный плазмонный резонанс также можно настроить в зависимости от формы наночастицы. [1] Частота плазмона может быть связана с диэлектрической проницаемостью металла. [1] Увеличение быстро спадает с удалением от поверхности, а длянаночастиц благородных металлов резонанс возникает в видимых длинах волн. [2] Локализованный поверхностный плазмонный резонанс создает яркие цвета в коллоидных растворах металлов. [3]

Для металлов, таких как серебро и золото, на частоту колебаний также влияют электроны на d-орбиталях. Серебро - популярный выбор в плазмонике, которая изучает эффект связи света с зарядами, поскольку оно может поддерживать поверхностный плазмон в широком диапазоне длин волн (300-1200 нм), а длина волны его пикового поглощения легко изменяется. [2] Например, длина волны пика поглощения треугольных наночастиц серебра была изменена путем изменения резкости углов треугольников. Он подвергся синему смещению, поскольку угловая резкость треугольников уменьшилась. [4] Кроме того, длина волны пика поглощения претерпела красное смещение по мере добавления большего количества восстанавливающего агента (HAuCl 4 ) и увеличения пористости частиц. [3]Для полупроводниковых наночастиц максимальное оптическое поглощение часто приходится на ближнюю и среднюю инфракрасную области. [5] [6]

Распространение поверхностных плазмонов [ править ]

Локализованные поверхностные плазмоны отличаются от распространяющихся поверхностных плазмонов. В локализованных поверхностных плазмонах электронное облако колеблется коллективно. При распространении поверхностных плазмонов поверхностный плазмон распространяется вперед и назад между концами структуры. Распространяющиеся поверхностные плазмоны также должны иметь по крайней мере одно измерение, которое близко или больше длины волны падающего света. Волны, создаваемые распространяющимися поверхностными плазмонами, также можно настраивать, управляя геометрией металлической наноструктуры. [2]

Характеристика и исследование локализованных поверхностных плазмонов [ править ]

Целью плазмоники является понимание поверхностных плазмонов и управление ими в наномасштабе, поэтому характеристика поверхностных плазмонов очень важна. Некоторые методы, часто используемые для характеристики поверхностных плазмонов, - это микроскопия темного поля, спектроскопия УФ-видимого-ИК-диапазона и комбинационное рассеяние света с усилением поверхности (SERS). [2] С помощью темнопольной микроскопии можно контролировать спектр отдельной металлической наноструктуры при изменении поляризации падающего света, длины волны или изменений диэлектрической среды. [7]

Приложения [ править ]

Наночастицы золота , изображенные здесь под растровым электронным микроскопом , демонстрируют сильные LSP-резонансы.

Плазмонного частота резонансного очень чувствительна к показателю преломления окружающей среды; изменение показателя преломления приводит к сдвигу резонансной частоты . Поскольку резонансную частоту легко измерить, это позволяет использовать наночастицы LSP для наноразмерных датчиков. [8] Кроме того, наночастицы, демонстрирующие сильные свойства LSP, такие как золотые наностержни , могут усиливать сигнал при обнаружении поверхностного плазмонного резонанса. [9] [10] Наноструктуры, демонстрирующие резонансы LSP, используются для усиления сигналов в современных аналитических методах, основанных на спектроскопии.. Другие приложения, которые полагаются на эффективное преобразование света в тепло в наномасштабе, - это магнитная запись с подогревом (HAMR), фототермическая терапия рака и термофотовольтаика. [11] До сих пор высокоэффективные приложения с использованием плазмоники не были реализованы из-за высоких омических потерь внутри металлов, особенно в оптическом спектральном диапазоне (видимом и ближнем ИК-диапазоне)., [12] [13] Кроме того, для создания поверхностных плазмонов использовались суперлинзы, плащи-невидимки и улучшения квантовых вычислений. [14] [15] [16]Еще одна интересная область исследований в плазмонике - это способность «включать» и «выключать» плазмоны посредством модификации другой молекулы. Возможность включать и выключать плазмоны имеет важные последствия для повышения чувствительности методов обнаружения. [2] Недавно супрамолекулярный хромофор был соединен с металлической наноструктурой. Это взаимодействие изменило свойства локализованного поверхностного плазмонного резонанса серебряной наноструктуры за счет увеличения интенсивности поглощения. [17]  

См. Также [ править ]

  • Поверхностный плазмонный резонанс
  • Рамановская спектроскопия с усилением поверхности
  • Наночастицы
  • Рамановская спектроскопия с усилением наконечника

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Келли, К. Лэнс (21 декабря 2002 г.). «Оптические свойства металлических наночастиц: влияние размера, формы и диэлектрической среды». 107 : 668–677. DOI : 10.1021 / jp026731y . Cite journal requires |journal= (help)
  2. ^ a b c d e Рыценга, Мэтью; Cobley, Claire M .; Цзэн, Цзе; Ли, Вэйян; Moran, Christine H .; Чжан, Цян; Цинь, Донг; Ся, Юнан (2011). «Управление синтезом и сборкой серебряных наноструктур для плазмонных приложений» . Chem. Ред . 111 (6): 3669–3712. DOI : 10.1021 / cr100275d . PMC 3110991 . PMID 21395318 .  
  3. ^ a b Skrabalak, Sara E .; Ау, Лесли; Ли, Синдэ; Ся Юнан (сентябрь 2007 г.). «Простой синтез нанокубиков Ag и наноклеток Au». Протоколы природы . 2 (9): 2182–2190. DOI : 10.1038 / nprot.2007.326 . ISSN 1750-2799 . PMID 17853874 .  
  4. ^ Цзэн, Цзе; Робертс, Стефан; Ся, Юнан (2010). «Время-температурные индикаторы на основе нанокристаллов». Химия - европейский журнал . 16 (42): 12559–12563. DOI : 10.1002 / chem.201002665 . ISSN 1521-3765 . PMID 20945450 .  
  5. ^ Лю, Синь; Свихарт, Марк Т. (2014). «Сильно легированные нанокристаллы коллоидных полупроводников и оксидов металлов: новый класс плазмонных наноматериалов». Chem. Soc. Ред . 43 (11): 3908–3920. DOI : 10.1039 / c3cs60417a . PMID 24566528 . 
  6. ^ Чжоу, Шу; Пи, Сяодун; Ни, Чжэньи; Дин, Йи; Цзян, Иньин; Цзинь, Чуаньхун; Делеру, Кристоф; Ян, Дерен; Нодзаки, Томохиро (2015). «Сравнительное исследование локализованного поверхностного плазмонного резонанса нанокристаллов кремния, легированных бором и фосфором». САУ Нано . 9 (1): 378–386. DOI : 10.1021 / nn505416r . PMID 25551330 . 
  7. ^ Haes, Аманда J .; Ван Дайн, Ричард П. (2004-08-01). «Единый взгляд на распространяющиеся и локализованные биосенсоры поверхностного плазмонного резонанса». Аналитическая и биоаналитическая химия . 379 (7): 920–930. DOI : 10.1007 / s00216-004-2708-9 . ISSN 1618-2650 . PMID 15338088 .  
  8. ^ Майер, Кэтрин М .; Хафнер, Джейсон Х. (2011). «Датчики локализованного поверхностного плазмонного резонанса». Химические обзоры . Плазмоника (111): 3828–3857. DOI : 10.1021 / cr100313v . PMID 21648956 . 
  9. ↑ Лу, Джеки Фонг-Чуэн; Ян, Чэнбинь; Цанг, Хинг Лунь; Лау, Пуи Ман; Йонг, Кен-Тай; Хо, Хо Пуи; Конг, Сиу Кай (2017). «Анализ Aptamer Bio-barCode (ABC) с использованием SPR, РНКазы H и зондов с РНК и золотыми наностержнями для скрининга противораковых препаратов». Аналитик . 142 (19): 3579–3587. Bibcode : 2017Ana ... 142.3579L . DOI : 10.1039 / C7AN01026E . ISSN 0003-2654 . PMID 28852760 .  
  10. ^ Закон, Wing-Cheung; Йонг, Кен-Тай; Баев, Александр; Ху, Руи; Прасад, Парас Н. (12.10.2009). «Наночастицы, усиленные поверхностным плазмонным резонансным биосенсором: применение золотых наностержней» . Оптика Экспресс . 17 (21): 19041–19046. Bibcode : 2009OExpr..1719041L . DOI : 10,1364 / OE.17.019041 . ISSN 1094-4087 . PMID 20372639 .  
  11. ^ ElKabbash, Mohamed; и другие. (2017). «Настраиваемое черное золото: управление связью в ближнем поле иммобилизованных наночастиц Au, встроенных в мезопористые капсулы кремнезема». Современные оптические материалы . 5 (21): 1700617. DOI : 10.1002 / adom.201700617 .
  12. ^ Хургин, Джейкоб (2015). «Как бороться с потерями в плазмонике и метаматериалах». Природа Нанотехнологии . 10 (1): 2–6. arXiv : 1411.6577 . Bibcode : 2015NatNa..10 .... 2K . DOI : 10.1038 / nnano.2014.310 . PMID 25559961 . 
  13. ^ ElKabbash, Mohamed; и другие. (2017). «Сверхбыстрая нестационарная динамика оптических потерь в экситон-плазмонных наносборках». Наноразмер . 9 (19): 6558–6566. DOI : 10.1039 / c7nr01512g . ЛВП : 11693/37238 . PMID 28470299 . 
  14. ↑ Фанг, Николай; Ли, Хесог; Сунь, Ченг; Чжан, Сян (22 апреля 2005 г.). "Оптическое изображение с ограничением субдифракции с помощью серебряной суперлинзы". Наука . 308 (5721): 534–537. DOI : 10.1126 / science.1108759 . ISSN 0036-8075 . PMID 15845849 .  
  15. ^ Шалаев Владимир Михайлович (январь 2007). «Оптические метаматериалы с отрицательным показателем преломления». Природа Фотоника . 1 (1): 41–48. Bibcode : 2007NaPho ... 1 ... 41S . DOI : 10.1038 / nphoton.2006.49 . ISSN 1749-4893 . 
  16. ^ Чанг, DE; Соренсен, А.С.; Хеммер, PR; Лукин, MD (2006-08-03). «Квантовая оптика с поверхностными плазмонами». Письма с физическим обзором . 97 (5): 053002. Arxiv : колич-фот / 0506117 . Bibcode : 2006PhRvL..97e3002C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.97.053002 . PMID 17026098 . 
  17. ^ Чжоу, Хайбо; Ян, Дантин; Ивлева Наталья П .; Mircescu, Nicoleta E .; Шуберт, Серен; Нисснер, Рейнхард; Визер, Андреас; Хайш, Кристоф (07.07.2015). «Отсутствие этикеток для распознавания живых и мертвых бактерий in situ с помощью поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света». Аналитическая химия . 87 (13): 6553–6561. DOI : 10.1021 / acs.analchem.5b01271 . ISSN 0003-2700 . PMID 26017069 .