Excitationsmekanismer för plasmoninducerade kemiska reaktioner. (A) Indirekt het-elektronöverföringsmekanism. Heta elektroner (e−) genererade via icke-strålande sönderfall av en LSP överförd för att bilda molekylens TNI-tillstånd. (B) Direkt intramolekylär excitationsmekanism. LSP inducerar direkt excitation från det ockuperade tillståndet till det obesatta tillståndet av adsorbatet. (C) Laddningsöverföringsmekanism. Elektronerna överförs resonant från metallen till molekylen. Kreditera: Vetenskap (2018). DOI:10.1126/science.aao0872
Ett team av forskare från Japan, Korea och USA har hittat ett sätt att visa ett exempel på plasmoner som direkt orsakar förändringar i en molekyl. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver sin teknik och vad de lärt sig av den.
Forskare fortsätter att leta efter sätt att göra solenergi mer effektiv, såsom fotokatalytiska enheter baserade på plasmonresonans. Plasmoner är, självklart, oscillationer av elektroner nära ytan av ett material. De är relevanta för solenergitillämpningar eftersom de kan triggas av fotoner. Men hur denna process fungerar är fortfarande under utredning. Tidigare forskning har föreslagit att plasmonexciterade reaktioner beror på högenergielektroner som genereras när plasmoner sönderfaller. Men i denna nya ansträngning, forskarna fann att det är möjligt att påverka molekyler direkt med plasmoner.
Tekniken innebar att man använde ett skannande tunnelmikroskop för att observera en reaktion orsakad av plasmonexcitation. De pekade spetsen på mikroskopets sond mot en enda molekyl dimetyldisulfid ovanpå en metallbas. Forskarna noterade att molekylen bildade ett elliptiskt utsprång när den satt i ett plasmoniskt fält. Teamet sken sedan ljus av olika våglängder på molekylen, vilket orsakade förändringar i plasmonerna runt omkring. Dessa förändringar, i tur och ordning, orsakade en förändring i dimetyldisulfidmolekylen. Den separerades i två runda utsprång. Detta, forskarna föreslår, inträffade eftersom plasmonerna hade brutit bindningen som höll samman komponenterna. De noterar att deras teknik inte är förenlig med högenergiteorin och antyder att plasmonerna faktiskt absorberades av molekylen, vilket ledde till att de band som höll ihop det försvagades.
Teamet har planer på att testa sin teknik med hjälp av andra molekyler för att lära sig mer om vilka typer av reaktioner som kan inträffa. Deras förhoppning är att till skillnad från deras exempel, andra reaktioner kommer inte att begränsas av speciella temperatur- och tryckkrav. Sådana förhållanden antas vara nödvändiga för användning i tillverkade applikationer.
© 2018 Phys.org
