Квантовые плазмоны впервые экспериментально изучены для наночастиц в 1 нм

Квантовые плазмоны впервые экспериментально изучены для наночастиц в 1 нм

Спорный вопрос о поведении плазмонов, коллективных колебаний электронов для отдельных металлических частиц размером в один нанометр, наконец-то решён инженерами из Стэнфордского университета. Экспериментальное исследование этого феномена может повлиять на всю нанотехнологическую отрасль.

Спорный вопрос о существовании плазмонов, коллективных колебаний электронов для отдельных металлических частиц размером в один нанометр, наконец-то решён инженерами из Стэнфордского университета (США). Такие частицы содержат всего от 100 до 10 000 атомов. Экспериментальное исследование этого феномена может повлиять на всю нанотехнологическую отрасль.
и их эффекты в металлических наночастицах изучаются давно и всерьёз, с тем чтобы быть применёнными в нанофотонике, биологии, спектроскопии и солнечных батареях. Хотя их свойства для частиц, превышающих 10 нм, описаны довольно подробно, всё, что меньше, долгое время оставалось недоступным исследователям из-за слабого рассеивания столь малыми частицами и металл-лигандного взаимодействия, а также недостаточной разрешающей способности применяемых инструментов наблюдения.

Квантовые плазмоны впервые экспериментально изучены для наночастиц в 1 нм

Новейший микроскоп E-STEM впервые позволил детально изучить наночастицы предельно малых размеров, буквально от десятков атомов. (Фото Andrea Baldi / Jennifer Dionne / Stanford University.)
Поэтому до недавнего времени плазмонные свойства наночастиц менее 10 нм оставались неясными, а их использование в традиционных нанотехнологических приложениях было затруднительным. В новой работе исследователей из изучался плазмонный резонанс в отдельных безлигандных наночастицах серебра с использованием просвечивающего растрового электронного микроскопа (E-STEM), который лишь недавно заработал в Стэнфорде. Показания E-STEM, в свою очередь, корректировались по методу спектроскопии потерь энергии электронов () — техники, определяющей потерю электронами энергии при прохождении через наночастицу.

Всё это позволило провести прямую корреляцию между геометрией и размерами 1–10-нанометровых частиц и их поверхностным плазмонным резонансом. В частности, выяснилось, что при диаметре наночастицы серебра в 2 нм плазмонный резонанс начинается при энергии входящих электронов, на 0,5 эВ большей, чем для частиц величиной в 20 нм.
Учёным удалось создать действующую аналитическую квантовомеханическую модель, описывающую такой сдвиг в пороговой восприимчивости плазмонного резонанса. По их словам, дело в изменении абсолютной диэлектрической проницаемости наночастиц в сравнении с образцами бóльших размеров. Исследованные 1-нанометровые частицы смогут применяться с лучшей эффективностью (благодаря большей поверхностной площади) как при создании нанокатализаторов, так и в квантовой оптике и электронике, где они позволят заметно уменьшить размер элементной базы.

Квантовые плазмоны впервые экспериментально изучены для наночастиц в 1 нм

Исследованные наночастицы так малы, что на снимках видны отдельные группы атомов. (Фото Jonathan Scholl / Stanford Engineering.)
Кроме того, авторы полагают, что использование десятикратно меньших наночастиц для раковых клеток (технологии, активно изучаемой сегодня в онкологии) поможет уничтожать смертоносные клетки с меньшим риском для здоровых тканей пациентов. Обычно наночастицы наносятся на поражённые клетки, после чего их подвергают инфракрасному излучению. При этом опухолевые клетки умирают от перегрева, а здоровые ткани не страдают. По крайне мере не должны страдать: плазмонный резонанс на поверхности наночастиц защищает находящиеся ниже здоровые ткани от волн меньше определённой частоты (так называемой плазмонной). Впрочем, у используемых сегодня наночастиц плазмонная частота довольно высока, и тепловое воздействие на здоровые клетки полностью исключить не удаётся, что, понятно, небезвредно. С новыми наночастицами этого можно будет избежать.
Подготовлено по материалам Стэнфордского университета и Nature.

источник: science.compulenta.ru

Расскажите друзьям

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Больше информационных новостей

Количество новостей, касающихся внешней политики за последний год возросло в…

Подробнее

Распознавание лиц в наше время становится все более реальным. Теперь,…

Подробнее

Памятник Кобзону очень скоро может появиться в Забайкалье. Руководство Забайкальского…

Подробнее

Названа самая старая планета Солнечной системы. Ею оказался Юпитер, который…

Подробнее
Недавно опубликованы

Существуют большое множество обстоятельств для реализации процесса по установлению статуса…

Подробнее

Большинство людей, желающих похудеть, в первую очередь задаются вопросом, как…

Подробнее

Впервые сетевой маркетинг возник в середине прошлого века. Традиционно, родиной…

Подробнее

Распознавание лиц в наше время становится все более реальным. Теперь,…

Подробнее