Fig. 1 (a) Schema del sistema di misura per osservare il processo di decadimento del moto collettivo degli elettroni. Il raggio laser al microscopio elettronico a fotoemissione è diviso in due, e ritardando il tempo del secondo raggio, un'immagine degli elettroni emessi dalle nanoparticelle d'oro è mostrata in alta risoluzione, come l'imaging time-lapse. (b) L'intensità della fotoemissione di entrambe le modalità di risonanza plasmonica dipolo e quadrupolo in funzione del tempo di ritardo tra gli impulsi laser della pompa e della sonda. Questi risultati indicano che la risonanza plasmonica di dipolo e quadrupolo esiste con tempi di sfasamento diversi. Credito:Università di Hokkaido
Il gruppo di ricerca del professor Hiroaki Misawa del Research Institute for Electronic Science, Università di Hokkaido e Assistant Professor Atsushi Kubo della Facoltà di Scienze pure e applicate, Università di Tsukuba, hanno osservato con successo il tempo di sfasamento dei due diversi tipi di moti collettivi di elettroni generati sulla superficie di una nanoparticella d'oro per la prima volta al mondo, combinando un laser che emette impulsi luminosi ultracorti con un microscopio elettronico a fotoemissione.
Quando l'oro viene ridotto alle dimensioni in scala nanometrica, il suo colore è rosso anziché oro. Quando le nanoparticelle d'oro sono esposte alla luce, le oscillazioni collettive degli elettroni esistenti sulla superficie localizzata dell'oro fanno sì che la luce rossa venga fortemente assorbita e dispersa.
Questo fenomeno è chiamato risonanza plasmonica di superficie. Anche il colore rosso delle vetrate è il risultato di questo fenomeno. Recentemente, le nanoparticelle d'oro sono state ampiamente utilizzate in vari campi, come l'applicazione nei test di gravidanza.
Queste oscillazioni collettive di elettroni sulla superficie delle nanoparticelle d'oro causate dalla luce sono state considerate un fenomeno che si è protratto solo per un tempo estremamente breve, e difficile da misurare a causa di questa brevità.
Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato una metodologia per misurare il tempo di sfasamento delle oscillazioni collettive di elettroni che si verificano sulla superficie delle nanoparticelle d'oro combinando un laser che emette impulsi di luce ultracorti di pochi femtosecondi (1 femtosecondo =10 -15 secondi), e un microscopio elettronico a fotoemissione ad alta risoluzione spaziale.
Quando misurato con questa tecnica, i diversi tempi di sfasamento delle due diverse oscillazioni collettive, vale a dire i modi plasmonici di superficie di dipolo e quadrupolo, potrebbe essere risolto e identificato come 5 femtosecondi e 9 femtosecondi, rispettivamente.
La ricerca che utilizza nanoparticelle d'oro come antenne ottiche per raccogliere la luce per la cella fotovoltaica e un sistema di fotosintesi artificiale che può dividere l'acqua per ottenere idrogeno sta progredendo. La misurazione riuscita del tempo di sfasamento delle oscillazioni collettive degli elettroni è considerata un'utile linea guida nello sviluppo di questi sistemi.
