p Todos que já estiveram no Grand Canyon podem se identificar com sentimentos fortes por estarem perto de um dos limites da natureza. De forma similar, cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) descobriram que nanopartículas de ouro agem de maneira incomum quando perto da borda de uma folha de carbono com um átomo de espessura, chamado grafeno. Isso pode ter grandes implicações para o desenvolvimento de novos sensores e dispositivos quânticos. p Esta descoberta foi possível com um microscópio eletrônico ultrarrápido (UEM) recentemente estabelecido no Centro de Materiais em nanoescala (CNM) de Argonne, um DOE Office of Science User Facility. O UEM permite a visualização e investigação de fenômenos em nanoescala e em intervalos de tempo de menos de um trilionésimo de segundo. Esta descoberta pode causar impacto no crescente campo da plasmônica, que envolve a luz atingindo uma superfície material e desencadeando ondas de elétrons, conhecidos como campos plasmônicos.

p Por anos, os cientistas têm buscado o desenvolvimento de dispositivos plasmônicos com uma ampla gama de aplicações - de processamento de informações quânticas a optoeletrônica (que combinam componentes eletrônicos e baseados em luz) a sensores para fins biológicos e médicos. Para fazer isso, eles acoplam materiais bidimensionais com espessura de nível atômico, como o grafeno, com partículas de metal nanométricas. Compreender o comportamento plasmônico combinado desses dois tipos diferentes de materiais requer a compreensão exata de como eles estão acoplados.

p Em um estudo recente da Argonne, os pesquisadores usaram microscopia eletrônica ultrarrápida para observar diretamente o acoplamento entre as nanopartículas de ouro e o grafeno.

p "Plasmões de superfície são oscilações eletrônicas induzidas por luz na superfície de uma nanopartícula ou em uma interface de uma nanopartícula e outro material, "disse o nanocientista de Argonne Haihua Liu." Quando iluminamos a nanopartícula, ele cria um campo plasmônico de curta duração. Os elétrons pulsados ​​em nosso UEM interagem com este campo de vida curta quando os dois se sobrepõem, e os elétrons ganham ou perdem energia. Então, coletamos os elétrons que ganham energia usando um filtro de energia para mapear as distribuições do campo plasmônico em torno da nanopartícula. "

p Ao estudar as nanopartículas de ouro, Liu e seus colegas descobriram um fenômeno incomum. Quando a nanopartícula assentou em uma folha plana de grafeno, o campo plasmônico era simétrico. Mas quando a nanopartícula foi posicionada perto de uma borda de grafeno, o campo plasmônico concentrou-se muito mais fortemente próximo à região da borda.

p "É uma nova maneira notável de pensar sobre como podemos manipular carga na forma de um campo plasmônico e outros fenômenos usando luz em nanoescala, "Liu disse." Com recursos ultrarrápidos, não há como dizer o que podemos ver à medida que ajustamos diferentes materiais e suas propriedades. "

p Todo esse processo experimental, desde a estimulação da nanopartícula até a detecção do campo plasmônico, ocorre em menos de algumas centenas de quatrilionésimos de segundo.

p "O CNM é o único por abrigar um UEM que é aberto ao acesso do usuário e capaz de fazer medições com resolução espacial nanométrica e resolução de tempo sub-picossegundo, "disse o diretor da CNM, Ilke Arslan." Ter a capacidade de fazer medições como essa em uma janela de tempo tão curta abre o exame de uma vasta gama de novos fenômenos em estados de desequilíbrio que não tínhamos a capacidade de sondar antes. Estamos entusiasmados em fornecer esse recurso para a comunidade internacional de usuários. "

p O entendimento adquirido com relação ao mecanismo de acoplamento deste sistema de nanopartículas de grafeno deve ser a chave para o desenvolvimento futuro de novos dispositivos plasmônicos interessantes.

p Um artigo baseado no estudo, "Visualização de acoplamentos plasmônicos usando microscopia eletrônica ultrarrápida, "apareceu na edição de 21 de junho de Nano Letras . Além de Liu e Arslan, autores adicionais incluem Thomas Gage de Argonne, Richard Schaller e Stephen Gray. Prem Singh e Amit Jaiswal do Instituto Indiano de Tecnologia também contribuíram, assim como Jau Tang da Universidade de Wuhan e Sang Tae Park do IDES, Inc.