As espectroscopias moleculares aprimoradas com plasma têm atraído muita atenção como ferramentas de detecção poderosas com sensibilidade ultra-alta até o nível de uma única molécula. A resposta óptica de moléculas na vizinhança de nanoestruturas com ressonância plasmônica seria dramaticamente aprimorada por meio de interações com plasmons. Contudo, além da amplificação do sinal, a interação molécula-plasmon também induz, inevitavelmente, fortes modificações nas formas das linhas espectrais e distorce a informação química implícita das moléculas. Um exemplo típico é o espectro de absorção de infravermelho intensificado por superfície (SEIRA). Devido ao acoplamento molécula-plasmon dominado, as formas de linha dos espectros de absorção molecular exibem formas de linha Fano assimétricas complicadas, em vez das formas de linha lorentzianas simétricas de moléculas de sonda na fase gasosa ou na fase de solução.

Muitos estudos pioneiros focaram no efeito da forma de linha dependente da descompressão de energia (a diferença de energia entre a energia ressonante do plasmon e a energia vibracional molecular) e dependente do amortecimento (a perda de radiação vs. a perda de ohm intrínseca). A questão de como as interações de campo próximo molécula-plasmon controlam diretamente as evoluções das formas de linha espectrais SEIRA tem sido raramente explorada. Além disso, além da imagem de interação de dois corpos, como as interações molécula-plasmão para moléculas com forças de acoplamento distintas controlam coletivamente a avaliação das formas de linhas espectrais também não está claro. Recentemente, Jun Yi, En-Ming You, Song-Yuan Ding, e Zhong-Qun Tian, ​​da Universidade de Xiamen, fizeram progressos emocionantes e, teoricamente, revelaram como a força de acoplamento molécula-plasmon controla as evoluções espectrais nos espectros SEIRA. Os resultados mostram que mesmo se as mesmas moléculas se acoplam às mesmas estruturas plasmônicas, formas de linhas espectrais dependem da distância de acoplamento, densidade molecular, e perda intrínseca do plasmon na condição de dessintonia zero, ou seja, a energia ressonante do plasmon é igual à energia vibracional molecular.

Os autores mostraram pela primeira vez que a forma da linha espectral evolui do mergulho anti-absorção para o perfil de Fano assimétrico, à medida que a força de acoplamento entre as moléculas e os plasmons diminuía gradualmente com o aumento da distância entre as moléculas e a estrutura plasmônica. Os resultados também foram reproduzidos por um modelo analítico com a força de acoplamento molécula-plasmon como parâmetro de entrada, que revelou ainda uma interação dipolo-dipolo dominada entre moléculas e plasmons.

Os autores descobriram ainda que a densidade molecular também desempenha um papel crucial na determinação das formas de linhas espectrais, uma vez que a força de acoplamento depende da raiz quadrada da densidade molecular. Interessantemente, um novo modo espectral foi previsto quando a densidade excede o limite e mudaria para o vermelho para diminuir a energia conforme a densidade aumenta. Os autores esclareceram as novas origens de modo de interações intermoleculares coerentes mediadas por plasmon, especificamente, entre moléculas localizadas dentro e fora dos hotspots plasmônicos. Estudos detalhados mostraram que a mudança de energia do novo modo depende altamente da força de acoplamento intermolecular, assim, pode ser aplicado para investigar a interação intermolecular coerente em nanoescala. Os estudos revelam como a força de acoplamento molécula-plasmão impacta os perfis espectrais, e lançar luz sobre estudos posteriores sobre estados vibracionais ou eletrônicos moleculares revestidos de plasmon em vários regimes de força de acoplamento.