Fig. 1 (a) Diagrama del sistema de medición para observar el proceso de desintegración del movimiento colectivo de electrones. El rayo láser al microscopio electrónico de fotoemisión se divide en dos, y retrasando el tiempo del segundo haz, se muestra una imagen de los electrones emitidos por las nanopartículas de oro en alta resolución, como imágenes de lapso de tiempo. (b) La intensidad de la fotoemisión de los modos de resonancia de plasmón tanto dipolo como cuadrupolo como función del tiempo de retardo entre los pulsos láser de la bomba y la sonda. Estos resultados indican que existe resonancia de plasmón dipolo y cuadrupolo con diferentes tiempos de desfase. Crédito:Universidad de Hokkaido
El grupo de investigación del profesor Hiroaki Misawa del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas, Universidad de Hokkaido y profesor asistente Atsushi Kubo de la Facultad de Ciencias Puras y Aplicadas, Universidad de Tsukuba, han observado con éxito el tiempo de desfase de los dos tipos diferentes de movimientos colectivos de electrones generados en la superficie de una nanopartícula de oro por primera vez en el mundo, mediante la combinación de un láser que emite pulsos de luz ultracortos con un microscopio electrónico de fotoemisión.
Cuando el oro se reduce al tamaño en escala nanométrica, su color es rojo en lugar de dorado. Cuando las nanopartículas de oro se exponen a la luz, las oscilaciones colectivas de los electrones que existen en la superficie localizada del oro hacen que la luz roja sea fuertemente absorbida y dispersa.
Este fenómeno se llama Resonancia de Plasmón de Superficie. El color rojo de las vidrieras también es el resultado de este fenómeno. Recientemente, Las nanopartículas de oro se han utilizado ampliamente en varios campos, como la aplicación en pruebas de embarazo.
Estas oscilaciones colectivas de electrones en la superficie de nanopartículas de oro causadas por la luz se consideró un fenómeno que se mantuvo solo durante un tiempo extremadamente corto. y difícil de medir debido a esta escasez.
Nuestro grupo de investigación desarrolló una metodología para medir el tiempo de desfase de las oscilaciones colectivas de electrones que ocurren en la superficie de nanopartículas de oro mediante la combinación de un láser que emite pulsos de luz ultracortos de unos pocos femtosegundos (1 femtosegundo =10 -15 segundos), y un microscopio electrónico de fotoemisión de alta resolución espacial.
Cuando se mide con esta técnica, los diferentes tiempos de desfase de las dos oscilaciones colectivas diferentes, a saber, modos de plasmón superficial dipolo y cuadrupolo, podría resolverse e identificarse como 5 femtosegundos y 9 femtosegundos, respectivamente.
La investigación que utiliza nanopartículas de oro como antenas ópticas para recolectar luz para células fotovoltaicas y un sistema de fotosíntesis artificial que puede dividir el agua para obtener hidrógeno está progresando. La medición exitosa del tiempo de desfase de las oscilaciones colectivas de electrones se considera una guía útil en el desarrollo de estos sistemas.
