Forskare från Rice University argumenterade för dominansen av fotoluminescens som källan till ljus som emitteras av plasmoniska metallnanopartiklar i ett nytt dokument. Deras tekniker skulle kunna användas för att utveckla solceller och biosensorer. Kredit:Anneli Joplin/Rice University
När du tänder en metallnanopartikel, du får ljus tillbaka. Det är ofta en annan färg. Det är ett faktum - men varför kan diskuteras.
I en ny artikel i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver , Riskemisten Stephan Link och doktoranden Yi-Yu Cai gör ett fall som fotoluminescens, snarare än att Raman sprider, ger guld nanopartiklar deras anmärkningsvärda ljusavgivande egenskaper.
Forskarna säger att det är viktigt att förstå hur och varför nanopartiklar avger ljus för att förbättra solcellseffektiviteten och designa partiklar som använder ljus för att utlösa eller känna av biokemiska reaktioner.
Den mångåriga debatten, med bestämda vetenskapsmän på båda sidor, handlar om hur ljus av en färg får vissa nanopartiklar att avge ljus av en annan färg. Cai, tidningens huvudförfattare, sade att debatten uppstod ur halvledarforskning på 1970-talet och nyligen utvidgades till området plasmoniska strukturer.
"Ramaneffekten är som en boll som träffar ett föremål och studsar iväg, " sa Cai. "Men i fotoluminescens, föremålet absorberar ljuset. Energin i partikeln rör sig och utsläppet kommer efteråt."
För åtta år sedan, Links forskargrupp rapporterade den första spektroskopistudien om luminescens från enstaka plasmoniska nanoroder, och den nya tidningen bygger på det arbetet, som visar att glöden uppstår när heta bärare – elektronerna och hålen i ledande metaller – exciteras av energi från en kontinuerlig våglaser och rekombinerar när de slappnar av, med de interaktioner som sänder ut fotoner.
Rice University forskare undersöker källan till ljus som emitteras av plasmoniska metall nanopartiklar. I en ny tidning, de argumenterar för dominansen av fotoluminescens i motsats till Raman-spridning. Från vänster:Yi-Yu Cai, Behnaz Ostovar och Lawrence Tauzin. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Genom att lysa specifika frekvenser av laserljus på guld nanorods, forskarna kunde känna av temperaturer som de sa bara kunde komma från exciterade elektroner. Det är en indikation på fotoluminescens, eftersom Ramansynen antar att fononer, inte exciterade elektroner, ansvarar för ljusemission.
Link och Cai säger att bevisen förekommer i effektiviteten hos anti-Stokes jämfört med Stokes-utsläpp. Anti-Stokes emission uppträder när en partikels energiproduktion är större än ingången, medan Stokes utsläpp, ämnet för en tidigare uppsats från labbet, visas när det omvända är sant. En gång betraktad som en bakgrundseffekt relaterad till fenomenet ytförstärkt Raman-spridning, Stokes och anti-Stokes mätningar visar sig vara fulla av användbar information viktig för forskare, sa Cai.
Silver, aluminium och andra metalliska nanopartiklar är också plasmoniska, och Cai förväntar sig att de kommer att testas för att fastställa deras Stokes och anti-Stokes egenskaper också. Men först, han och hans kollegor kommer att undersöka hur fotoluminescens avtar med tiden.
"Vår grupps riktning framåt är att mäta livslängden för detta utsläpp, hur länge den kan överleva efter att lasern stängts av, " han sa.
