स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन

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धातु के नैनोकणों पर आपतित प्रकाश चालन बैंड इलेक्ट्रॉनों को दोलन करने का कारण बनता है। यह स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन है।

एक स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन (एलएसपी) प्लास्मोन को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे छोटे आकार के एक नैनोकण में सतह प्लास्मोन के कारावास का परिणाम है। जब एक छोटे गोलाकार धात्विक नैनोकण को ​​प्रकाश द्वारा विकिरणित किया जाता है, तो दोलनशील विद्युत क्षेत्र चालन इलेक्ट्रॉनों को सुसंगत रूप से दोलन करने का कारण बनता है। जब इलेक्ट्रॉन बादल अपनी मूल स्थिति के सापेक्ष विस्थापित हो जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच कूलम्बिक आकर्षण से एक पुनर्स्थापना बल उत्पन्न होता है। यह बल इलेक्ट्रॉन बादल को दोलन करने का कारण बनता है। दोलन आवृत्ति इलेक्ट्रॉनों के घनत्व, प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और चार्ज वितरण के आकार और आकार से निर्धारित होती है।[1] एलएसपी के दो महत्वपूर्ण प्रभाव हैं: कण की सतह के पास विद्युत क्षेत्र काफी बढ़ जाते हैं और कण का ऑप्टिकल अवशोषण प्लास्मोन गुंजयमान आवृत्ति पर अधिकतम होता है। सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि को नैनोकण के आकार के आधार पर भी ट्यून किया जा सकता है।[1]प्लास्मोन आवृत्ति धातु ढांकता हुआ स्थिरांक से संबंधित हो सकती है।[1]सतह से दूरी के साथ वृद्धि तेजी से कम हो जाती है और, महान धातु नैनोकणों के लिए, प्रतिध्वनि दृश्यमान तरंग दैर्ध्य पर होती है।[2] स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि धातु कोलाइडल समाधानों में शानदार रंग बनाती है। <रेफ नाम = स्क्रैबालक 2182-2190 >Skrabalak, Sara E.; Au, Leslie; Li, Xingde; Xia, Younan (September 2007). "एजी नैनोक्यूब और एयू नैनोकेज का आसान संश्लेषण". Nature Protocols (in English). 2 (9): 2182–2190. doi:10.1038/nprot.2007.326. ISSN 1750-2799. PMID 17853874. S2CID 20587542.</ref>

चांदी और सोने जैसी धातुओं के लिए, दोलन आवृत्ति भी डी-ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होती है। प्लास्मोनिक्स में चांदी एक लोकप्रिय विकल्प है, जो प्रकाश को आवेशों से जोड़ने के प्रभाव का अध्ययन करता है, क्योंकि यह तरंग दैर्ध्य (300-1200 एनएम) की एक विस्तृत श्रृंखला पर सतह प्लास्मोन का समर्थन कर सकता है, और इसकी चरम अवशोषण तरंग दैर्ध्य आसानी से बदल जाती है।[2]उदाहरण के लिए, त्रिकोणीय चांदी के नैनोकणों की चरम अवशोषण तरंग दैर्ध्य को त्रिकोण के कोने के तीखेपन को बदलकर बदल दिया गया था। जैसे-जैसे त्रिकोणों के कोने की तीक्ष्णता कम होती गई, इसमें नीला बदलाव आया।[3] इसके अतिरिक्त, अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य को बड़ी मात्रा में कम करने वाले एजेंट (HAuCl) के रूप में लाल-शिफ्ट से गुजरना पड़ा4) जोड़ा गया और कणों की सरंध्रता बढ़ गई।Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many सेमीकंडक्टर नैनोकणों के लिए, अधिकतम ऑप्टिकल अवशोषण अक्सर निकट-अवरक्त और मध्य-अवरक्त क्षेत्र में होता है।[4][5]


सतही प्लास्मों का प्रसार

स्थानीयकृत सतही प्लास्मोंस प्रचारित सतही प्लास्मोन्स से भिन्न होते हैं। स्थानीयकृत सतह प्लास्मों में, इलेक्ट्रॉन बादल सामूहिक रूप से दोलन करता है। सतही प्लास्मोन के प्रसार में, सतही प्लास्मोन संरचना के सिरों के बीच आगे और पीछे फैलता है। सतही प्लास्मों के प्रसार के लिए भी कम से कम एक आयाम होना आवश्यक है जो आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के करीब या उससे अधिक लंबा हो। धातु नैनोस्ट्रक्चर की ज्यामिति को नियंत्रित करके सतह के प्लास्मों के प्रसार में बनाई गई तरंगों को भी ट्यून किया जा सकता है।[2]


स्थानीयकृत सतह प्लास्मों का लक्षण वर्णन और अध्ययन

प्लास्मोनिक्स का एक लक्ष्य नैनो-स्केल पर सतही प्लास्मों को समझना और उनमें हेरफेर करना है, इसलिए सतही प्लास्मों का लक्षण वर्णन महत्वपूर्ण है। सतह प्लास्मों को चिह्नित करने के लिए अक्सर उपयोग की जाने वाली कुछ तकनीकें डार्क-फील्ड माइक्रोस्कोपी, यूवी-विज़-एनआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी, और सतह-संवर्धित रमन स्कैटरिंग (एसईआरएस) हैं।[2]डार्क-फील्ड माइक्रोस्कोपी के साथ, किसी व्यक्तिगत धातु नैनोस्ट्रक्चर के स्पेक्ट्रम की निगरानी करना संभव है क्योंकि घटना प्रकाश ध्रुवीकरण, तरंग दैर्ध्य, या ढांकता हुआ वातावरण में भिन्नताएं बदलती हैं।[6]


अनुप्रयोग

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत चित्रित कोलाइडल सोना, मजबूत एलएसपी अनुनाद प्रदर्शित करता है।

प्लास्मोन गुंजयमान आवृत्ति पर्यावरण के अपवर्तक सूचकांक के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है; अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन के परिणामस्वरूप गुंजयमान आवृत्ति में बदलाव होता है। चूंकि गुंजयमान आवृत्ति को मापना आसान है, यह एलएसपी नैनोकणों को नैनोस्कोपिक स्केल सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।[7] इसके अलावा, मजबूत एलएसपी गुण प्रदर्शित करने वाले नैनोकण, जैसे कि सोने के के nanorod- , सतह प्लास्मोन अनुनाद संवेदन में संकेत को बढ़ा सकते हैं।[8][9] एलएसपी अनुनादों को प्रदर्शित करने वाले नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी पर आधारित आधुनिक विश्लेषणात्मक तकनीकों में संकेतों को बढ़ाने के लिए किया जाता है। अन्य अनुप्रयोग जो नैनोस्केल में गर्मी पैदा करने के लिए कुशल प्रकाश पर निर्भर करते हैं, वे हैं हीट-असिस्टेड चुंबकीय रिकॉर्डिंग (एचएएमआर), फोटोथर्मल थेरेपी#गोल्ड नैनोरोड्स (एयूएनआर), और थर्मोफोटोवोल्टिक्स।[10] अब तक, विशेष रूप से ऑप्टिकल स्पेक्ट्रल रेंज (दृश्यमान और एनआईआर) में धातुओं के अंदर उच्च ओमिक नुकसान के कारण प्लास्मोनिक्स का उपयोग करके उच्च दक्षता वाले अनुप्रयोगों को साकार नहीं किया जा सका है।[11][12] इसके अतिरिक्त सतह प्लास्मोंस का उपयोग सुपर लेंस, अदृश्यता लबादे बनाने और क्वांटम कंप्यूटिंग में सुधार करने के लिए किया गया है।[13][14][15] प्लास्मोनिक्स में अनुसंधान का एक और दिलचस्प क्षेत्र किसी अन्य अणु के संशोधन के माध्यम से प्लास्मों को चालू और बंद करने की क्षमता है। प्लास्मोंस को चालू और बंद करने की क्षमता का पता लगाने के तरीकों में संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण परिणाम होते हैं।[2]हाल ही में, एक सुपरमॉलेक्यूलर क्रोमोफोर को एक धातु नैनोस्ट्रक्चर के साथ जोड़ा गया था। इस इंटरैक्शन ने अवशोषण तीव्रता को बढ़ाकर सिल्वर नैनोस्ट्रक्चर के स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन अनुनाद गुणों को बदल दिया।[16]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Kelly, K. Lance (December 21, 2002). "The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment". The Journal of Physical Chemistry B. 107 (3): 668–677. doi:10.1021/jp026731y.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Rycenga, Matthew; Cobley, Claire M.; Zeng, Jie; Li, Weiyang; Moran, Christine H.; Zhang, Qiang; Qin, Dong; Xia, Younan (2011). "प्लास्मोनिक अनुप्रयोगों के लिए सिल्वर नैनोस्ट्रक्चर के संश्लेषण और संयोजन को नियंत्रित करना". Chem. Rev. 111 (6): 3669–3712. doi:10.1021/cr100275d. PMC 3110991. PMID 21395318.
  3. ↑ Zeng, Jie; Roberts, Stefan; Xia, Younan (2010). "Nanocrystal-Based Time–Temperature Indicators". Chemistry – A European Journal. 16 (42): 12559–12563. doi:10.1002/chem.201002665. ISSN 1521-3765. PMID 20945450.
  4. ↑ Liu, Xin; Swihart, Mark T. (2014). "Heavily-doped colloidal semiconductor and metal oxide nanocrystals: an emerging new class of plasmonic nanomaterials". Chem. Soc. Rev. 43 (11): 3908–3920. doi:10.1039/c3cs60417a. PMID 24566528.
  5. ↑ Zhou, Shu; Pi, Xiaodong; Ni, Zhenyi; Ding, Yi; Jiang, Yingying; Jin, Chuanhong; Delerue, Christophe; Yang, Deren; Nozaki, Tomohiro (2015). "बोरॉन- और फॉस्फोरस-डॉप्ड सिलिकॉन नैनोक्रिस्टल के स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि पर तुलनात्मक अध्ययन". ACS Nano. 9 (1): 378–386. doi:10.1021/nn505416r. PMID 25551330.
  6. ↑ Haes, Amanda J.; Van Duyne, Richard P. (2004-08-01). "प्रसार और स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन अनुनाद बायोसेंसर का एक एकीकृत दृश्य". Analytical and Bioanalytical Chemistry (in English). 379 (7): 920–930. doi:10.1007/s00216-004-2708-9. ISSN 1618-2650. PMID 15338088. S2CID 4814291.
  7. ↑ Mayer, Kathryn M.; Hafner, Jason H. (2011). "स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन अनुनाद सेंसर". Chemical Reviews. Plasmonics (111): 3828–3857. doi:10.1021/cr100313v. PMID 21648956.
  8. ↑ Loo, Jacky Fong-Chuen; Yang, Chengbin; Tsang, Hing Lun; Lau, Pui Man; Yong, Ken-Tye; Ho, Ho Pui; Kong, Siu Kai (2017). "कैंसर रोधी दवा स्क्रीनिंग के लिए एसपीआर, आरएनएएस एच, और आरएनए और गोल्ड-नैनोरोड्स के साथ जांच का उपयोग करते हुए एक एप्टामर बायो-बारकोड (एबीसी) परख". The Analyst (in English). 142 (19): 3579–3587. Bibcode:2017Ana...142.3579L. doi:10.1039/C7AN01026E. ISSN 0003-2654. PMID 28852760.
  9. ↑ Law, Wing-Cheung; Yong, Ken-Tye; Baev, Alexander; Hu, Rui; Prasad, Paras N. (2009-10-12). "Nanoparticle enhanced surface plasmon resonance biosensing: Application of gold nanorods". Optics Express (in English). 17 (21): 19041–19046. Bibcode:2009OExpr..1719041L. doi:10.1364/OE.17.019041. ISSN 1094-4087. PMID 20372639.
  10. ↑ ElKabbash, Mohamed; et al. (2017). "Tunable Black Gold: Controlling the Near-Field Coupling of Immobilized Au Nanoparticles Embedded in Mesoporous Silica Capsules". Advanced Optical Materials. 5 (21): 1700617. doi:10.1002/adom.201700617. S2CID 103781835.
  11. ↑ Khurgin, Jacob (2015). "प्लास्मोनिक्स और मेटामटेरियल्स में होने वाले नुकसान से कैसे निपटें". Nature Nanotechnology. 10 (1): 2–6. arXiv:1411.6577. Bibcode:2015NatNa..10....2K. doi:10.1038/nnano.2014.310. PMID 25559961. S2CID 6906889.
  12. ↑ ElKabbash, Mohamed; et al. (2017). "Ultrafast transient optical loss dynamics in exciton–plasmon nano-assemblies". Nanoscale. 9 (19): 6558–6566. doi:10.1039/c7nr01512g. hdl:11693/37238. PMID 28470299.
  13. ↑ Fang, Nicholas; Lee, Hyesog; Sun, Cheng; Zhang, Xiang (2005-04-22). "सिल्वर सुपरलेंस के साथ उप-विवर्तन-सीमित ऑप्टिकल इमेजिंग". Science (in English). 308 (5721): 534–537. Bibcode:2005Sci...308..534F. doi:10.1126/science.1108759. ISSN 0036-8075. PMID 15845849. S2CID 1085807.
  14. ↑ Shalaev, Vladimir M. (January 2007). "ऑप्टिकल नकारात्मक-सूचकांक मेटामटेरियल्स". Nature Photonics (in English). 1 (1): 41–48. Bibcode:2007NaPho...1...41S. doi:10.1038/nphoton.2006.49. ISSN 1749-4893. S2CID 170678.
  15. ↑ Chang, D. E.; Sørensen, A. S.; Hemmer, P. R.; Lukin, M. D. (2006-08-03). "सरफेस प्लास्मोंस के साथ क्वांटम ऑप्टिक्स". Physical Review Letters. 97 (5): 053002. arXiv:quant-ph/0506117. Bibcode:2006PhRvL..97e3002C. doi:10.1103/PhysRevLett.97.053002. PMID 17026098. S2CID 7782449.
  16. ↑ Zhou, Haibo; Yang, Danting; Ivleva, Natalia P.; Mircescu, Nicoleta E.; Schubert, Sören; Niessner, Reinhard; Wieser, Andreas; Haisch, Christoph (2015-07-07). "सतह-संवर्धित रमन स्कैटरिंग द्वारा जीवित और मृत बैक्टीरिया का लेबल-मुक्त भेदभाव". Analytical Chemistry. 87 (13): 6553–6561. doi:10.1021/acs.analchem.5b01271. ISSN 0003-2700. PMID 26017069.
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