Ytplasmonresonans - den kollektiva vibrationen av elektroner på ytan av metalliska nanostrukturer som svar på excitation med ljus eller laddning - har nyligen fått mycket uppmärksamhet från forskarvärlden på grund av dess breda utbud av möjliga tillämpningar, speciellt inom fotonik. Mohsen Rahmani och medarbetare från A*STAR Data Storage Institute har nu utökat de potentiella användningsområdena för detta fenomen med sin upptäckt att ytplasmoniken i sammansättningar av nanopartiklar nära liknar den energiska interaktionen mellan atomer i tvådimensionella molekyler.

Resonansegenskaperna hos ytplasmoner bestäms av den exakta sammansättningen av nanostrukturen, inklusive metall, substratet och även formen på själva strukturen. Interaktioner mellan nanostrukturer när de förs nära varandra kan också väsentligt förändra systemets plasmonresonans. Detta tillvägagångssätt har studerats för tillämpning vid design av mycket skarpa plasmonresonanser som är mycket känsliga för den yttre miljön, med användningsområden, till exempel, i gasavkänning.

Forskarna studerade komplexa tvådimensionella konstruktioner baserade på sammansättningar av fyra guldnanoskivor. Med avståndet mellan skivorna inställt på bara 18 nanometer, starka interaktioner inträffade mellan de individuella skivornas plasmoniska lägen. Begreppsmässigt, denna interaktion mellan guldnanoskivornas optiska tillstånd liknar den elektroniska interaktionen mellan atomer i en molekyl. "De trigonala plana molekylerna som efterliknas i vårt arbete är bland de få naturligt förekommande plana molekylerna, säger Rahmani.

Som i en molekyl, interaktionerna mellan nanoskivor i ett plasmoniskt system leder till flera plasmonresonanstoppar istället för den enda toppen som produceras av en enda isolerad skiva. "Baserat på sådana direkta analogier, plasmoniska nanostrukturer kan därför vara ett bekvämt verktyg för att studera egenskaperna hos mer komplexa molekyler, ” förklarar Rahmani.

I framtiden, forskarna planerar att designa och tillverka tredimensionella strukturer, vilket skulle göra det möjligt för dem att studera ett bredare spektrum av molekyler. Sådana studier kan leda till en bättre förståelse av molekylorbitalteori i plana trigonala molekyler, och av beteendet hos kolatomer i grafenark. Analogin mellan molekyler och plasmoniska strukturer skulle också kunna användas för att främja utvecklingen av ett antal fotoniska enheter. "Analogin kan gynna tillämpningar inom nanolitografi, optisk omkoppling och icke-linjär spektroskopi, säger Rahmani. Med tanke på det stora antalet molekyler som finns tillgängliga som ritningar för design av specifika egenskaper, de potentiella tillämpningarna av sådana plasmoniska system förväntas vara många och långtgående.