Nanodischi plasmonici d'oro di ∼100-150 nm fabbricati su un film d'oro continuo spesso 30 nm separato da uno strato distanziatore di ossido spesso pochi nm. Il controllo della risposta ultrarapida (sonda) dipende dallo spessore e dalla composizione del distanziatore, e sulla lunghezza d'onda di eccitazione (pompa).
La capacità di controllare le risposte ottiche risolte nel tempo delle nanostrutture plasmoniche ibride è stata dimostrata da un team guidato da scienziati del Nanophotonics Group presso il Center for Nanoscale Materials, compresi i collaboratori della Materials Science Division di Argonne, Università di Emory, e Università dell'Ohio.
Sono stati osservati cambiamenti anomalamente forti nelle risposte temporali e spettrali ultraveloci a seconda della geometria e della composizione dei nanosistemi, e la lunghezza d'onda di eccitazione. Il team ha osservato un ampio contributo ultraveloce al segnale transitorio nelle nanostrutture plasmoniche con punti caldi. Gli sforzi di modellazione mostrano che l'intensità di questo contributo è correlata all'efficienza della generazione di cariche superficiali altamente eccitate nelle nanostrutture. La grande componente ultraveloce è attribuita alla generazione efficiente di elettroni plasmonici caldi nei punti caldi. Lo studio sviluppa e dimostra i principi per generare elettroni energetici utilizzando nanostrutture plasmoniche appositamente progettate che possono essere utilizzate nelle aree della fotocatalisi solare, fotorivelatori e dispositivi non lineari.
L'interazione luce-materia nei nanosistemi metallici è governata dall'oscillazione collettiva dei loro elettroni di superficie, chiamati plasmoni. Dopo l'eccitazione, i plasmoni nelle nanoparticelle metalliche vengono assorbiti dagli elettroni metallici attraverso transizioni inter e intrabanda creando una distribuzione non termica di elettroni. Gli elettroni eccitati si equilibrano attraverso interazioni elettrone-elettrone creando una distribuzione di elettroni caldi entro poche centinaia di femtosecondi (fs), seguito da un ulteriore rilassamento tramite scattering elettrone-fonone su una scala temporale di pochi picosecondi (ps). Nel dominio spettrale, gli elettroni eccitati inducono modifiche alle risonanze plasmoniche delle particelle modificando la costante dielettrica del metallo.
Questi risultati forniscono un percorso per sintonizzare la risposta ultraveloce delle strutture di nanoparticelle ingegnerizzate per un tempo e una risposta ottica desiderati. Questo lavoro ha sviluppato i principi per la generazione di plasmoni e può essere utilizzato in una varietà di applicazioni tra cui la fotocatalisi, fotorivelatori e dispositivi non lineari. Le capacità CNM includevano la fabbricazione, spettroscopia ultraveloce, spettroscopia di estinzione, e modellistica molecolare (COMSOL).
