Las espectroscopias moleculares mejoradas con plasmón han atraído una gran atención como poderosas herramientas de detección con una sensibilidad ultra alta hasta el nivel de una sola molécula. La respuesta óptica de moléculas en la vecindad de nanoestructuras con resonancia de plasmones se mejoraría dramáticamente a través de interacciones con plasmones. Sin embargo, más allá de la amplificación de la señal, la interacción molécula-plasmón también induce inevitablemente fuertes modificaciones en las formas de línea espectrales y distorsiona la información química implícita de las moléculas. Un ejemplo típico son los espectros de absorción infrarroja mejorada en la superficie (SEIRA). Debido al acoplamiento dominado molécula-plasmón, las formas lineales de los espectros de absorción molecular exhiben complicadas formas lineales asimétricas de Fano, en lugar de las formas lineales simétricas de Lorentz de las moléculas sonda en la fase gaseosa o en la fase de solución.

Muchos estudios pioneros se centraron en el efecto de forma de línea dependiente de la desafinación de energía (la diferencia de energía entre la energía resonante del plasmón y la energía vibracional molecular) y dependiente de la amortiguación (la pérdida de radiación frente a la pérdida de ohmios intrínseca). Rara vez se ha explorado la cuestión de cómo las interacciones molécula-plasmón de campo cercano controlan directamente las evoluciones de las formas de línea espectrales de SEIRA. Es más, más allá de la imagen de interacción de dos cuerpos, Tampoco está claro cómo las interacciones molécula-plasmón para moléculas con fuerzas de acoplamiento distintivas controlan colectivamente la evaluación de formas de línea espectrales. Recientemente, Jun Yi, En-Ming usted, Song-Yuan Ding, y Zhong-Qun Tian de la Universidad de Xiamen hicieron un progreso emocionante y, teóricamente, revelaron cómo la fuerza de acoplamiento molécula-plasmón controla las evoluciones espectrales en los espectros SEIRA. Los resultados muestran que incluso si las mismas moléculas se acoplan con las mismas estructuras plasmónicas, las formas de las líneas espectrales dependen de la distancia de acoplamiento, densidad molecular, y pérdida intrínseca del plasmón en la condición de desafinación cero, es decir., la energía resonante del plasmón es igual a la energía vibracional molecular.

Los autores demostraron por primera vez que la forma de línea espectral evoluciona desde una caída antiabsorción hasta un perfil Fano asimétrico a medida que la fuerza de acoplamiento entre las moléculas y los plasmones disminuye gradualmente al extender la distancia entre las moléculas y la estructura plasmónica. Los resultados también se reprodujeron mediante un modelo analítico con la fuerza de acoplamiento molécula-plasmón como parámetro de entrada, que reveló además una interacción dipolo-dipolo dominada entre moléculas y plasmones.

Los autores encontraron además que la densidad molecular también juega un papel crucial en la determinación de las formas de línea espectrales, ya que la fuerza de acoplamiento depende de la raíz cuadrada de la densidad molecular. Curiosamente, se predijo un nuevo modo espectral cuando la densidad supera el umbral y se desplazaría al rojo a una energía más baja a medida que aumenta la densidad. Los autores aclararon los orígenes del nuevo modo a partir de interacciones intermoleculares coherentes mediadas por plasmones, específicamente, entre moléculas ubicadas dentro y fuera de los hotspots plasmónicos. Estudios detallados mostraron que el cambio de energía del nuevo modo depende en gran medida de la fuerza de acoplamiento intermolecular, por tanto, se puede aplicar para investigar la interacción intermolecular coherente en nanoescala. Los estudios revelan cómo la fuerza de acoplamiento molécula-plasmón impacta en los perfiles espectrales, y arrojar luz sobre estudios adicionales sobre estados vibracionales o electrónicos moleculares revestidos de plasmón en varios regímenes de fuerza de acoplamiento.