Золоту наночастинку сховали за молекулою барвника

Фізики змогли частково замаскувати золоту наночастинку за допомогою молекули барвника. Вони порівнювали спектри пропускання золотих наночастинок у присутності невеликих молекул дибензотерилену і без них. У першому випадку через когерентну плазмонну взаємодію тінь від наночастинки у спектрі зникала. Стаття опублікована в.

Якщо опромінювати золоту наночастинку світлом певної довжини хвилі (залежної від розміру наночастинки), то вона поглинатиме частину випромінювання і утворюватиме «тінь» у спектрі пропускання. Така частинка може перевипромінювати поглинуте світло або посилити сигнал молекули, якщо вона знаходиться досить близько - все через наночастинки плазмонів, що виникають на поверхні (детальніше про них ви можете прочитати в матеріалі «Квантова абетка»).

Вчені з Інституту фізики Товариства Макса Планка під керівництвом Вахіда Сандохдара (Vahid Sandoghdar) дослідили спектри пропускання золотих наночастинок, поблизу яких знаходилися молекули барвника. Вони припустили, що плазмонна взаємодія наночастинки і молекули може істотно вплинути на те, скільки випромінювання буде проходити через наночастинку.

Щоб це перевірити, вчені взяли скляну підкладку, на якій за допомогою напилення золота, електронно-променевої літографії і подальшого цькування з випалом потім вдалося отримати наночастинки. Отриману структури заливали розчином з низьким вмістом молекул дибензотерилену і висушували. В результаті молекули барвника хаотично розташовувалися на поверхні, що дозволяло вивчати пари наночастиця-барвник з різними взаємодіями: десь молекула і наночастинка були близько один до одного, десь - трохи далі. Відстань між ними впливає на характер взаємодії і призводить до відмінностей у спектрі пропускання.

Для виявлення молекул барвника, які взаємодіють з наночастинкою, фізики опромінювали одну фіксовану наночастинку різними довжинами хвиль. Залежно від розташування барвника відносно наночастинки, поглинання падаючого випромінювання відбувається на різних частотах, тому спектр флуоресценції зразка складається з декількох піків. Вчені розглядали два найяскравіших піку, один з яких виявився пов'язаний з плазмонною взаємодією.

Молекули, які відчувають сильне плазмонне посилення, відрізняються меншим часом життя, а також більш широким і інтенсивним піком у спектрі емісії. Вчені порівнювали ці параметри для двох різних молекул і підтвердили, що взаємодія однієї з них із золотою наночастинкою пов'язана з плазмонним резонансом. У спектрі пропускання наночастинки при взаємодії з такою молекулою замість провалу на частоті резонансу виникає пік, тобто наночастинка не просто починає поглинати менше випромінювання - вона стає прозорою для певної довжини хвилі.

Вид спектра наночастинки, яка плазмонно взаємодіє з молекулою, залежить не тільки від їх взаємного розташування, але і від геометричних параметрів наночастинки та орієнтації барвника. Всі ці умови складно врахувати при моделюванні системи. Тим не менш, автори показали, що модель пов'язаних осциляторів теж добре описує виявлене явище. Вони вимірювали спектри наночастинки при фокусуванні падаючого пучка в різних точках поверхні і виявили, що експериментальні дані відмінно узгоджуються з результатами моделювання. Таким чином, отриману систему також можливо і моделювати.

Можливість контролю пропускання оптичного сигналу важлива для розробки перемикачів і регулювання фази в фотонних квантових обчислювачах. Крім цього, плазмонні ефекти можна використовувати для створення перебудовуваних лазерів, як це зробили швейцарські вчені або, як показали американські фізики, для збільшення ККД сонячних батарей.