Le nanoparticelle metalliche potrebbero svolgere un ruolo chiave nei rilevatori di luce di prossima generazione, circuiti ottici, e terapie contro il cancro. Per realizzare queste future tecnologie, è importante capire cosa succede quando le nanoparticelle subiscono vibrazioni, e la conseguente dispersione della luce che può verificarsi a causa delle oscillazioni, o plasmoni di superficie, nella loro nuvola di elettroni liberi. Però, poco si sa esattamente su come queste vibrazioni siano influenzate dalle immediate vicinanze della nanoparticella - in particolare, come l'ambiente influenza la dissipazione di energia da una nanoparticella quando vibra.

Sudhiranjan Tripathy presso l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e collaboratori, collaborando con Arnaud Arbouet e colleghi del Centro nazionale di ricerca scientifica (CNRS) in Francia, hanno ora analizzato l'effetto di diversi ambienti sulle singole nanoparticelle d'oro, le loro vibrazioni acustiche e la relativa dissipazione di energia.

I ricercatori hanno esaminato i singoli nanoring fatti di oro usando la spettroscopia di assorbimento transitorio, che comporta l'eccitazione del campione con un impulso di luce laser prima di misurare l'assorbanza della luce a varie lunghezze d'onda. Hanno misurato sia il periodo di vibrazione che il tempo di smorzamento, la velocità con cui il nanoanello perde la sua energia nell'ambiente circostante.

“Quando un sistema metallico viene ridimensionato a dimensioni nanometriche, le sue modalità di vibrazione possono diventare molto diverse rispetto alla sua forma sfusa, ” spiega Tripathy. “Ad esempio, lo smorzamento delle vibrazioni acustiche è fortemente influenzato dalle proprietà elastiche dell'ambiente e dall'interfaccia tra la nanoparticella e il suo ambiente”.

Precedenti studi di spettroscopia hanno sperimentato grandi gruppi di nanoparticelle, ma l'approccio collettivo ha i suoi limiti perché le nanoparticelle di dimensioni diverse possono avere periodi di vibrazione diversi. I ricercatori hanno superato il problema lavorando con singoli nanoring, ma la soluzione ha le sue difficoltà.

La prima sfida è stata la nanofabbricazione di nano-oggetti perfettamente controllati e caratterizzati. In secondo luogo, c'era il problema di rilevare e monitorare le vibrazioni acustiche di un singolo nano-oggetto metallico. Ciò significava che i ricercatori dovevano misurare i cambiamenti relativi dell'ordine di uno su 10 milioni.

I ricercatori hanno studiato i singoli nanoring che erano circondati da aria o glicerolo, e si è concentrato su come i diversi ambienti hanno influenzato il tempo di smorzamento delle vibrazioni. Ciò ha fornito informazioni preziose su come l'energia si è dissipata dai nanoanelli al loro ambiente. Più significativamente, i tempi di smorzamento erano significativamente più brevi nel glicerolo altamente viscoso.

"Il nostro lavoro apre prospettive entusiasmanti compreso l'uso di nanoparticelle metalliche come sensori di massa, o come sonde nanometriche delle proprietà elastiche dei loro ambienti locali, ” dice Tripatia.