Instantánea de un cálculo que muestra un paquete de ondas de plasmón que se mueve lentamente y excitado en una monocapa TaS2. El paquete de ondas de plasmón está muy localizado en el espacio real incluso a ~ 1 ps después de su creación con un pulso láser ultrarrápido acoplado a una punta de microscopía de fuerza atómica. Crédito:Felipe da Jornada
Investigadores del MPSD y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en los Estados Unidos han descubierto un nuevo tipo fundamental significativo de oscilación electrónica cuántica, o plasmón, en materiales atómicamente delgados. Su trabajo ha sido publicado ahora en Comunicaciones de la naturaleza . Tiene implicaciones potenciales para nuevas técnicas de imagen y reacciones fotoquímicas a nanoescala.
Hace casi setenta años, Los científicos demostraron que los electrones en los materiales podían sostener oscilaciones de propagación en forma de ondas, conocido como plasmones. Hoy en día, hay un campo vibrante de plasmónicos que estudia estas oscilaciones electrónicas, con aplicaciones como la creación de chips informáticos más rápidos, células solares, biosensores, e incluso tratamientos de terapia contra el cáncer.
Los plasmones se ven fuertemente afectados por la geometría de sus materiales anfitriones, lo que los hace muy ajustables para diferentes aplicaciones. Sin embargo, No estaba claro cómo se comportan los plasmones en un caso extremo:cuando los materiales tienen solo un par de átomos de espesor.
El equipo de investigación internacional formado por Felipe da Jornada y Steven Louie del LBNL de la Universidad de California, Berkeley, y Lede Xian y Ángel Rubio del MPSD, que tiene su sede en el Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), quería arrojar nueva luz sobre las propiedades de los plasmones en esta novela, materiales atómicamente delgados.
Usando cálculos cuánticos sin parámetros, encontraron que los plasmones se comportan de una manera peculiar en todos materiales atómicamente delgados. Esto fue inicialmente una sorpresa para los autores:"La física de los libros de texto dice que los plasmones en materiales a granel se comportan de una manera, y en materiales estrictamente bidimensionales, de otra forma. Pero a diferencia de estos modelos simplificados, plasmones en todos verdadero , Los materiales atómicamente delgados se comportan de manera diferente y tienden a ser mucho más localizables en el espacio, "dice Felipe Jornada, que ahora tiene su sede en la Universidad de Stanford.
La razón de esta diferencia, Steven Louie argumenta, es eso "en verdadero materiales atómicamente delgados, todos los demás electrones que no son conductores y oscilantes pueden filtrar estos plasmones, lo que conduce a una relación de dispersión fundamentalmente diferente para estas excitaciones ".
Otros hallazgos clave de su investigación son que los plasmones en sistemas como el TaS monocapa 2 pueden permanecer estables durante mucho tiempo (~ 2 ps) y prácticamente no tienen dispersión para los vectores de onda que se utilizan comúnmente en ciertos experimentos. Esto indica que los plasmones en materiales atómicamente delgados se pueden localizar en el espacio real con las técnicas experimentales disponibles y podrían mejorar significativamente la intensidad de la luz en un factor de más de 10. 7 .
Ángel Rubio, el director del Departamento de Teoría del MPSD, dice:"Estos hallazgos son relevantes para muchas aplicaciones, desde promover reacciones fotocatalíticas hasta biosensores y espectroscopía de una sola molécula ".
