En internationell forskargrupp ledd av Universität Hamburg, DESY och Stanford University har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att karakterisera det elektriska fältet av godtyckliga plasmoniska prover, som till exempel guldnanopartiklar. Plasmoniska material är av särskilt intresse på grund av deras extraordinära effektivitet när det gäller att absorbera ljus, vilket är avgörande för förnybar energi och annan teknik.
I tidskriften Nano Letters , rapporterar forskarna om sin studie, som kommer att främja områdena nanoplasmonik och nanofotonik med sina lovande teknologiplattformar.
Lokaliserade ytplasmoner är en unik excitation av elektroner i metaller i nanoskala som guld eller silver där de mobila elektronerna i metallen svänger kollektivt med det ljuselektriska fältet. Detta kondenserar optisk energi, vilket i sin tur möjliggör tillämpningar inom fotonik och energiomvandling, till exempel vid fotokatalys.
För att avancera sådana tillämpningar är det viktigt att förstå detaljerna i plasmondrivningen och dämpningen. Ett problem för utvecklingen av relaterade experiment är dock att processerna äger rum på extremt korta tidsskalor (inom några femtosekunder).
Attosecond-gemenskapen, inklusive huvudförfattarna Matthias Kling och Francesca Calegari, har utvecklat verktyg för att mäta det oscillerande elektriska fältet av ultrakorta laserpulser. I en av dessa fältsamplingsmetoder fokuseras en intensiv laserpuls i luften mellan två elektroder, vilket genererar en mätbar ström. Den intensiva pulsen överlagras sedan med en svag signalpuls som ska karakteriseras.
Signalpulsen modulerar joniseringshastigheten och följaktligen den genererade strömmen. Screening av fördröjningen mellan de två pulserna ger en tidsberoende signal som är proportionell mot signalpulsens elektriska fält.
"Vi använde den här konfigurationen för första gången för att karakterisera signalfältet som kommer från ett resonant exciterat plasmoniskt prov", säger Francesca Calegari, huvudforskare vid DESY, fysikprofessor vid Universität Hamburg och talesman för Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging av materia."
Skillnaden mellan den rekonstruerade pulsen med plasmoninteraktion och referenspulsen gjorde det möjligt för forskarna att spåra uppkomsten av plasmonen och dess snabba sönderfall, vilket de bekräftade genom elektrodynamiska modellberäkningar.
"Vårt tillvägagångssätt kan användas för att karakterisera godtyckliga plasmoniska prover i omgivningsförhållanden och i fjärran fält", tillägger CUI-forskaren Prof. Holger Lange. Dessutom kan den exakta karakteriseringen av laserfältet som kommer från nanoplasmoniska material utgöra ett nytt verktyg för att optimera designen av fasformande enheter för ultrakorta laserpulser.
Mer information: Kai-Fu Wong et al, Far-Field Petahertz Sampling of Plasmonic Fields, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00658
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av University of Hamburg
