p Nanodiscos plasmônicos de ouro de ∼100-150 nm fabricados em um filme de ouro contínuo de 30 nm de espessura separados por uma camada espaçadora de óxido de poucos nm de espessura. O controle da resposta ultrarrápida (sonda) depende da espessura e composição do espaçador, e no comprimento de onda de excitação (bomba).
p A capacidade de controlar as respostas ópticas resolvidas no tempo de nanoestruturas plasmônicas híbridas foi demonstrada por uma equipe liderada por cientistas do Nanophotonics Group no Center for Nanoscale Materials, incluindo colaboradores da Divisão de Ciência de Materiais da Argonne, Emory University, e a Universidade de Ohio. p Alterações anormalmente fortes nas respostas temporais e espectrais ultrarrápidas foram observadas dependendo da geometria e da composição dos nanossistemas, e o comprimento de onda de excitação. A equipe observou uma grande contribuição ultra-rápida para o sinal transiente em nanoestruturas plasmônicas com pontos quentes. Esforços de modelagem mostram que a intensidade dessa contribuição se correlaciona com a eficiência da geração de cargas superficiais altamente excitadas nas nanoestruturas. O grande componente ultrarrápido é atribuído à geração eficiente de elétrons plasmônicos quentes em pontos quentes. O estudo desenvolve e demonstra os princípios para gerar elétrons energéticos usando nanoestruturas plasmônicas especialmente projetadas que podem ser utilizadas nas áreas de fotocatálise solar, fotodetectores e dispositivos não lineares.
p A interação luz-matéria em nanossistemas metálicos é governada pela oscilação coletiva de seus elétrons de superfície, chamados plasmons. Depois da excitação, plasmons em nanopartículas metálicas são absorvidos pelos elétrons de metal por meio de transições inter e intrabanda, criando uma distribuição não térmica de elétrons. Os elétrons excitados se equilibram por meio de interações elétron-elétron, criando uma distribuição de elétrons quentes dentro de algumas centenas de femtossegundos (fs), seguido por um relaxamento adicional via espalhamento elétron-fônon em uma escala de tempo de poucos picossegundos (ps). No domínio espectral, os elétrons excitados induzem mudanças nas ressonâncias plasmônicas das partículas, modificando a constante dielétrica do metal.
p Esses resultados fornecem um caminho para o ajuste da resposta ultra-rápida de estruturas de nanopartículas projetadas para um tempo e resposta óptica desejados. Este trabalho desenvolveu os princípios para a geração de plasmons e pode ser utilizado em uma variedade de aplicações, incluindo foto-catálise, fotodetectores e dispositivos não lineares. Os recursos de CNM incluíam fabricação, espectroscopia ultra-rápida, espectroscopia de extinção, e modelagem molecular (COMSOL).
