La risonanza plasmonica di superficie - la vibrazione collettiva degli elettroni sulla superficie delle nanostrutture metalliche in risposta all'eccitazione con luce o carica - ha recentemente guadagnato molta attenzione da parte della comunità scientifica a causa della sua vasta gamma di possibili applicazioni, soprattutto in fotonica. Mohsen Rahmani e colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute hanno ora ampliato i potenziali usi di questo fenomeno con la loro scoperta che la plasmonica di superficie degli assemblaggi di nanoparticelle assomiglia molto alle interazioni energetiche tra gli atomi nelle molecole bidimensionali.

Le proprietà di risonanza dei plasmoni di superficie sono determinate dalla precisa composizione della nanostruttura, compreso il metallo, il substrato e anche la forma della struttura stessa. Le interazioni tra le nanostrutture quando vengono ravvicinate possono anche alterare significativamente la risonanza plasmonica del sistema. Questo approccio è stato studiato per l'applicazione nella progettazione di risonanze plasmoniche molto nitide che sono altamente sensibili all'ambiente esterno, con usi, Per esempio, nel rilevamento del gas.

I ricercatori hanno studiato complessi progetti bidimensionali basati su assemblaggi di quattro nanodischi d'oro. Con lo spazio tra i dischi fissato a soli 18 nanometri, si sono verificate forti interazioni tra i modi plasmonici dei singoli dischi. Concettualmente, questa interazione tra gli stati ottici dei nanodischi d'oro è simile all'interazione elettronica tra atomi in una molecola. “Le molecole planari trigonali imitate nel nostro lavoro sono tra le poche molecole planari naturali, "dice Rahmani.

Come in una molecola, le interazioni tra i nanodischi in un sistema plasmonico portano a più picchi di risonanza plasmonica invece dell'unico picco prodotto da un singolo disco isolato. “Sulla base di tali analogie dirette, le nanostrutture plasmoniche potrebbero quindi essere uno strumento conveniente per studiare le proprietà di molecole più complesse, ” spiega Rahmani.

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di progettare e fabbricare strutture tridimensionali, che consentirebbe loro di studiare una gamma più ampia di molecole. Tali studi potrebbero portare a una migliore comprensione della teoria degli orbitali molecolari in molecole trigonali planari, e del comportamento degli atomi di carbonio all'interno dei fogli di grafene. L'analogia tra molecole e strutture plasmoniche potrebbe essere utilizzata anche per far progredire lo sviluppo di una serie di dispositivi fotonici. "L'analogia potrebbe giovare alle applicazioni in nanolitografia, commutazione ottica e spettroscopia non lineare, "dice Rahmani. Dato il vasto numero di molecole disponibili come modelli per la progettazione di proprietà specifiche, le potenziali applicazioni di tali sistemi plasmonici dovrebbero essere numerose e di vasta portata.