Los investigadores ya pueden medir con precisión la aparición y amortiguación de un campo plasmónico
Esto es crucial para las energías renovables y otras tecnologías
Un equipo internacional de investigación dirigido por la Universidad de Hamburgo, el DESY y la Universidad de Stanford ha desarrollado un nuevo método para caracterizar el campo eléctrico de muestras plasmónicas arbitrarias, como por ejemplo nanopartículas de oro. Los materiales plasmónicos revisten especial interés por su extraordinaria eficacia en la absorción de la luz, que es crucial para las energías renovables y otras tecnologías. En la revista Nano Letters, los investigadores informan de su estudio, que hará avanzar los campos de la nanoplasmónica y la nanofotónica con sus prometedoras plataformas tecnológicas.
Un pulso láser ultracorto (azul) excita nanorods de oro plasmónicos, lo que provoca cambios característicos en el campo eléctrico transmitido (amarillo). El muestreo de este campo permite inferir el campo plasmónico de las nanopartículas.
RMT.Bergues
Los plasmones superficiales localizados son una excitación única de electrones en metales a nanoescala como el oro o la plata, donde los electrones móviles dentro del metal oscilan colectivamente con el campo eléctrico-luminoso. Esto condensa la energía óptica, lo que a su vez permite aplicaciones en fotónica y conversión de energía, por ejemplo en fotocatálisis. Para avanzar en estas aplicaciones, es importante comprender los detalles del accionamiento y la amortiguación del plasmón. Sin embargo, un problema para el desarrollo de experimentos relacionados es que los procesos tienen lugar en escalas de tiempo extremadamente cortas (en pocos femtosegundos).
La comunidad del attosegundo, incluidos los autores principales Matthias Kling y Francesca Calegari, ha desarrollado herramientas para medir el campo eléctrico oscilante de pulsos láser ultracortos. En uno de estos métodos de muestreo de campo, un pulso láser intenso se enfoca en el aire entre dos electrodos, generando una corriente medible. A continuación, el pulso intenso se superpone a un pulso de señal débil que se desea caracterizar. El pulso de señal modula la tasa de ionización y, en consecuencia, la corriente generada. El cribado del retardo entre los dos pulsos proporciona una señal dependiente del tiempo proporcional al campo eléctrico del pulso de señal.
"Hemos empleado esta configuración por primera vez para caracterizar el campo de señal que emerge de una muestra plasmónica excitada resonantemente", afirma Francesca Calegari, científica principal en DESY, profesora de física en la Universität Hamburg y portavoz del Cluster of Excellence "CUI: Advanced Imaging of Matter". La diferencia entre el pulso reconstruido con interacción plasmónica y el pulso de referencia permitió a los científicos rastrear la aparición del plasmón y su rápido decaimiento, que confirmaron mediante cálculos de modelos electrodinámicos.
"Nuestro método puede utilizarse para caracterizar muestras plasmónicas arbitrarias en condiciones ambientales y en el campo lejano", añade Holger Lange, científico del CUI. Además, la caracterización precisa del campo láser que emerge de los materiales nanoplasmónicos podría constituir una nueva herramienta para optimizar el diseño de dispositivos de conformación de fase para pulsos láser ultracortos.
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