Исследователи из Университета Райса утверждают, что фотолюминесценция придает наночастицам золота их замечательные светоизлучающие свойства

1919450000] 1919450000] 1919 ] 29 января 2019 года

Когда металлическая наночастица освещается, свет отражается назад, который обычно имеет другой цвет. Это факт, но почему это так, стало дискуссионной темой.

Исследователи из Университета Райса доказали доминирование фотолюминесценции как источника света, испускаемого наночастицами плазмонного металла в новой статье. Их методы могут быть использованы для разработки солнечных элементов и биосенсоров. (Фото предоставлено Аннели Джоплин)

В недавней статье, опубликованной в Nano Letters – журнале Американского химического общества, – Стефан Линк, химик из Университета Райса, и Йи-ю Цай, аспирант, представили случай, когда фотолюминесценция, а не Рамановское рассеяние придает необычайные светоизлучающие характеристики наночастицам золота.

По словам исследователей, выяснение того, как и почему свет испускается наночастицами, важно для повышения эффективности солнечных элементов и создания частиц, которые используют свет для определения или активации биохимических реакций.

Вековые дебаты, в которых участвуют известные исследователи с обеих сторон, касаются того, как свет одного цвета заставляет определенные наночастицы излучать свет различного цвета. Ведущий автор статьи Цай заявил, что дебаты возникли из исследований полупроводников, проведенных в 1970-х годах, и теперь были распространены на область плазмонных структур.

Эффект Рамана похож на шар, который ударяется о предмет и отскакивает. Но в фотолюминесценции объект поглощает свет. Энергия в частице движется вокруг, и эмиссия приходит потом .

Йи-ю Цай, ведущий автор и аспирант Университета Райса.

Первое исследование спектроскопии люминесценции одиночных плазмонных наностержней было опубликовано исследовательской группой Линка восемь лет назад. Последние исследования основаны на этой работе, демонстрируя, что свет появляется, когда горячие носители – дырки и электроны в проводящих металлах – активируются энергией лазера с непрерывной волной и реинтегрируются при релаксации с излучением фотонов во время взаимодействия.

Когда определенные частоты лазерного света освещались на золотых наностержнях, исследователи могли воспринимать температуры, которые, по их мнению, могли материализоваться только из возбужденных электронов. Это является признаком фотолюминесценции, поскольку рамановское представление предполагает, что излучение света вызвано фононами, а не возбужденными электронами.

По словам Цая и Линка, доказательство проявляется в эффективности антистоксова по сравнению с эмиссией Стокса. Когда энергетический выход частицы выше, чем вход, появляется антистоксова эмиссия; напротив, когда верно обратное, появляется эмиссия Стокса – тема предыдущего исследования лаборатории.

Когда-то считалось, что это фоновый эффект, связанный с явлением поверхностного комбинационного рассеяния, измерения как Стокса, так и антистокса стали полны ценной информации, важной для исследователей, заявил Кай.

Металлические наночастицы, в том числе серебро и алюминий, также являются плазмонными, и Кай ожидает, что они также будут испытаны для установления их характеристик Стокса и анти-Стокса, но перед этим он и его коллеги изучат, каким образом фотолюминесценция затухает с течением времени. .

« Направление нашей группы состоит в том, чтобы измерить время жизни этого излучения, как долго оно может выжить после выключения лазера », – заявил он.

Соавторами исследования являются выпускники Райс Эрик Сунг, Ранмин Чжан, Цзюнь Лю, Юэ Чжан и Вэй-Шун Чанг; научный сотрудник Лоуренс Таузин; аспирант Бехназ Остовар и Питер Нордландер, профессор физики и астрономии, электротехники и вычислительной техники, материаловедения и наноинженерии. Линк – профессор химии, электротехники и вычислительной техники.

Исследование поддержали Фонд Роберта Уэлча, Управление научных исследований военно-воздушных сил при Министерстве обороны США, а также Национальный научный фонд.

Source link