پلاسمون کوانتومی در نانوذراتی در ابعاد اتمی!

[∆ MeRzaD ∆]

محققان دانشگاه استنفورد موفق به شناسایی پلاسمون در ذرات فلزی منفرد به قطر یک نانومتر شدند. این کشف می‌تواند فناوری نانو را متحول کند.

پدیده فیزیکی رزونانس پلاسمون در ذرات فلزی کوچک مدت‌هاست که برای دانشمندان شناخته شده است. این پدیده در شیشه‌ پنجره‌ها روئیت می‌شود. اخیرا رزونانس پلاسمونی برای درمان سرطان و افزایش جذب در سلول‌های فتوولتائیک و فتوکاتالیست مورد استفاده قرار گرفته است.

جنیفر دیون از محققان این پروژه می‌گوید پنجره‌های رنگی در کلیسای نوتردام رنگ خود را از نانوذرات موجود در خود به‌دست می‌آورند. زمانی که این پنجره‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند، نانوذرات بخشی از نور را بر اساس اندازه و شکل خود پراش می‌دهند.

در این تحقیق که نتایج آن در نشریه Nature به چاپ رسیده است، محققان رزونانس پلاسمونی را در ذرات فلزی به‌صورت مستقیم مشاهده کردند. این نانوذرات یک نانومتر قطر داشته و سطح مقطعی در حد چند اتم دارند. جاناتات سکول، از دیگر نویسندگان این مقاله، می‌گوید رزونانس پلاسمونی در این مقیاس برای ما ناشناخته است، این نوع نانوذرات فلزی در ابعاد کوانتومی کاربردهای مختلفی پیدا کرده‌اند بنابراین بررسی آنها می‌تواند کاربرد این مواد را افزایش دهد. این نوع تحقیقات می‌تواند منجر به تولید ادوات فتونیک و الکترونیک جدید شود، همچنین می‌توان از آنها در اپتیک کوانتومی، تصویربرداری زیستی و درمان استفاده کرد.

در سال‌های اخیر مهندسان توجه خود را به نانوذرات فلزات نجیب معطوف کرده‌اند. این فلزات در رزونانس پلاسمون سطحی بسیار شناخته شده هستند. زمانی که این ذرات در مقیاس‌های بسیار کوچک مد نظر هستند پدیده‌ دیگری به‌نام محدودیت کوانتومی نیز وارد عمل می‌شود.

بسته به اندازه و شکل ذره، محدودیت کوانتومی می‌تواند روی پاسخ‌های نوری و الکترونیکی ذره تاثیرگذار باشد. این تحقیقات برای اولین بار شکل هندسی ذرات پلاسمونیک در ابعاد کوانتومی را به رزونانس پلاسمونی آنها ربط می‌دهد. از نتایج این تحقیق می‌توان در بخش‌های مختلف استفاده کرد، برای مثال در علم پزشکی از نانوذرات برانگیخته شده به‌وسیله نور برای سوزاندن سلول‌ها سرطانی استفاده می‌شود که به آن فرسایش فتوگرمایی گفته می‌شود. در این روش نانوذرات توسط لیگندهای ویژه‌ای پوشش داده شده‌اند که به سلول‌های سرطانی می‌چسبند. زمانی که با نور مادون قرمز به این نانوذرات پرتو تابیده می‌شود، پلاسمون‌ها شروع به رزونانس کرده و نانوذرات را گرم می‌کنند با این کار می‌توان سلول‌ها را از بین برد. با کوچک‌تر کردن ابعاد نانوذرات می‌توان دقت و اثربخشی این روش را بهبود داد.در این تحقیق در از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی زیست‌محیطی (E-STEM) برای مشاهده پلاسمون ذرات استفاده شده است. آنها برای توضیح یافته خود مدل آنالیزی بسیار کارامدی را به‌کار گرفتند.