Наночастицы и резонанс: прорыв в визуализации
Рамановская спектроскопия — мощный метод анализа атомной структуры, основанный на неупругом рассеянии света молекулами. Он применяется в медицинской визуализации и химическом анализе. Исследования показывают, что наноструктуры могут усиливать эффект рамановского рассеяния, повышая чувствительность метода. Дополнительного усиления можно добиться с помощью акустических колебаний, которые возбуждают коллективные колебания электронов — поверхностные плазмоны, влияющие на рассеяние света. В частности, рассеяние можно усилить, заставив наночастицы вибрировать вместе со специальными резонаторами, однако до сих пор механизмы таких взаимодействий были плохо изучены.
Команда Судхиранджана Трипати из Института исследований и инженерии материалов A*STAR совместно с Адненом Млаяхом и коллегами из Национального центра научных исследований (CNRS, Франция) выяснила, как взаимодействие между поверхностными плазмонами, создаваемыми триадой золотых нанодисков, и акустическими колебаниями в сферических золотых наночастицах усиливает эффект рамановского рассеяния.
«Мы исследовали динамические свойства металлических нанообъектов, — говорит Трипати. — Механизмы связи между акустическими колебаниями и поверхностными плазмонами плохо изучены и требуют теоретического и экспериментального исследования. Мы сосредоточились на этой области, объединив наш опыт в нанотехнологиях и оптической спектроскопии».
Учёные измерили рамановское рассеяние от золотых наночастиц с триадами нанодисков и без них. Они наблюдали значительное увеличение интенсивности рассеяния, когда вибрирующие наночастицы были связаны с тримерными резонаторами. Тримеры действуют как «громкоговорители», усиливая рассеяние света от частиц.
«Усиление рассеяния света позволило нам измерить восемь рамановских пиков, связанных с колебательными модами сферических золотых наночастиц, — отмечает Млаях. — Обычно в стандартных экспериментах по низкочастотной рамановской спектроскопии наблюдается только два или три пика».
Усиление интенсивности рассеяния объясняется возникновением «горячих точек» в электрическом поле тримеров, что приводит к дополнительному возбуждению плазмонов. Предыдущие исследования фокусировались только на наночастицах как источнике поверхностных плазмонов и изучали реакцию рассеяния на колебания самого объекта. Это первое исследование, в котором для получения полезного эффекта используются два разных источника — акустические колебания и поверхностные плазмоны.
Контролируя поверхностные плазмоны таким образом, исследователи получают возможность тонко управлять свойствами рассеяния.
«Наша дальнейшая работа в этой области будет связана с применением в химических сенсорах и биосенсорах», — говорит Трипати.