Plasmonische nanodeeltjes

Plasmons zijn vrije elektronen op het oppervlak van metalen die worden geëxciteerd door de invoer van energie, meestal van licht. Bewegende plasmonen kunnen optische energie omzetten in warmte. Plasmonische nanodeeltjes zijn deeltjes waarvan de elektronendichtheid kan worden gekoppeld aan elektromagnetische straling met golflengten die veel groter zijn dan het deeltje. Dit komt door de aard van het diëlektrisch-metaal-grensvlak tussen het medium en de deeltjes, in tegenstelling tot een puur metaal waar er een maximale limiet is aan de golflengte van de grootte die effectief kan worden gekoppeld op basis van de materiaalgrootte. Plasmonische nanodeeltjes vertonen ook interessante verstrooiings-, absorptie- en koppelingseigenschappen op basis van hun geometrieën en relatieve posities. Deze unieke eigenschappen hebben ervoor gezorgd dat ze een focus van onderzoek zijn geworden in veel toepassingen, waaronder zonnecellen, spectroscopie, signaalverbetering voor beeldvorming en kankerbehandeling.
Plasmonische gouden nanodeeltjes
Gouden nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor het efficiënt omzetten van energie omdat hun optische absorptie ongeveer een miljoen keer hoger is dan alle andere moleculen in de natuur. Wetenschappers van Rice University hebben aangetoond dat gewone gouden nanodeeltjes, bekend als gouden colloïden, opwarmen tot nabij-infrarode golflengten van slechts enkele nanometers wanneer ze worden geraakt door zeer korte pulsen van laserlicht.
Het gerapporteerde effect lijkt verband te houden met niet-stationaire optische excitatie van plasmonische nanodeeltjes. Plasmonische gouden nanodeeltjes maken nauwkeurige verwarming op aanvraag mogelijk. Onderzoekers hebben een manier gevonden om verschillende nanodeeltjes selectief te verwarmen, wat hun gebruik in de geneeskunde en de industrie zou kunnen bevorderen.
De bovenstaande deeltjes reageren traditioneel op brede lichtspectra, en niet veel ervan bevindt zich in het waardevolle nabij-infrarode gebied. Nabij-infrarood licht is onzichtbaar voor water en, belangrijker voor biologische toepassingen, voor weefsel. Volgens onderzoekers hebben alle nanodeeltjes, te beginnen met massief gouden colloïden en overgaand op meer geavanceerde, geconstrueerde gouden nanoschillen, nanostaafjes, kooien en sterren, zeer brede spectra, meestal ongeveer 100 nanometer, en daarom kan slechts één type nanodeeltje tegelijk worden gebruikt.
De ontdekking stelde onderzoekers in staat om gecontroleerde laserpulsen te gebruiken om het absorptiespectrum van gewone gouden colloïden af ​​te stemmen. Het Rice-lab toonde aan dat basale colloïdale gouden nanodeeltjes efficiënt kunnen worden geactiveerd door een korte laserpuls op 780 nanometer, met een 88-voudige versterking van het fotothermische effect dat wordt waargenomen met een continue laser.