Fig. 1 (a) Diagram över mätsystemet för att observera sönderfallsprocessen för elektronens kollektiva rörelse. Laserstrålen till fotoemissionselektronmikroskopet är uppdelad i två, och genom att fördröja tiden för den andra strålen, en bild av elektronerna som emitteras från guldnanopartiklarna visas i hög upplösning, som time-lapse-bilder. (b) Fotoemissionsintensiteten för både dipol- och kvadrupol plasmonresonanslägen som funktion av fördröjningstiden mellan pumpens och sondens laserpulser. Dessa resultat indikerar att dipol- och kvadrupolplasmonresonans existerar med olika avfasningstider. Kredit:Hokkaido University
Forskargruppen av professor Hiroaki Misawa från Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University och biträdande professor Atsushi Kubo vid fakulteten för rena och tillämpade vetenskaper, University of Tsukuba, har framgångsrikt observerat avfasningstiden för de två olika typerna av kollektiva rörelser av elektroner som genereras på ytan av en guldnanopartikel för första gången i världen, genom att kombinera en laser som avger ultrakorta ljuspulser med ett fotoemissionselektronmikroskop.
När guld reduceras till storleken i nanometerskala, dess färg är röd istället för guld. När guldnanopartiklar utsätts för ljus, de kollektiva oscillationerna av elektroner som finns på den lokala ytan av guldet gör att rött ljus absorberas och sprids kraftigt.
Detta fenomen kallas ytplasmonresonans. Den röda färgen på målat glas är också ett resultat av detta fenomen. Nyligen, guld nanopartiklar har använts i stor utsträckning inom olika områden, såsom applicering i graviditetstest.
Dessa kollektiva oscillationer av elektroner på ytan av guld-nanopartiklar orsakade av ljus ansågs vara ett fenomen som bara pågick under extremt kort tid, och svår att mäta på grund av denna korthet.
Vår forskargrupp utvecklade en metod för att mäta avfasningstiden för de kollektiva oscillationerna av elektroner som förekommer på ytan av guldnanopartiklar genom att kombinera en laser som avger ultrakorta ljuspulser på några femtosekunder (1 femtosekund =10) -15 sekunder), och ett fotoemissionselektronmikroskop i hög rumslig upplösning.
När man mäter med denna teknik, de olika avfasningstiderna för de två olika kollektiva svängningarna, nämligen dipol- och kvadrupolytplasmonmoder, kan lösas och identifieras som 5 femtosekunder och 9 femtosekunder, respektive.
Forskning som använder guldnanopartiklar som optiska antenner för att skörda ljus för fotovoltaiska celler och ett artificiellt fotosyntessystem som kan dela vatten för att få väte pågår. Den framgångsrika mätningen av avfasningstiden för de kollektiva oscillationerna av elektroner anses vara en användbar riktlinje för att utveckla dessa system.
