Алюминий, в виде наночастиц или наноструктур, отображает оптические резонансы по гораздо более широкой области спектра, чем золота или серебра, поэтому он может быть хорошим кандидатом для сбора солнечной энергии и для других оптических приборов и материалов, которые были бы слишком дорого большой площади производить с благородными или чеканки металлов. До недавнего времени, алюминий не видел, как полезно для плазмонных применений по нескольким причинам: Это, естественно, окисляет и некоторые исследования показали драматические расхождения между резонансной "цвета" готовых наноструктурированного алюминия и теоретическими предсказаниями. Совместная работа двух лабораториях Университета Райса привела к паре новых публикаций, которые описывают пути преодоления этих препятствий. Один статья лабораториях ученых Райс Наоми Халас и Питер Нордландер, "Алюминиевые для плазмоники," демонстрирует, что цвет алюминиевых наночастиц зависит не только от их размера и формы, но и главным образом от их содержания оксида. Они показали, что, по сути, цвет алюминиевого наночастицы обеспечивает прямой свидетельствует о количестве окисления самого алюминиевого материала. Отчет опубликован в журнале ACS Nano .
Производство чистого алюминия наночастиц был контрольно-пропускной пункт в своем развитии на плазмоники, но лаборатория Халас создан ряд дискообразных частиц от 70 до 180 нанометров в диаметре, чтобы проверить свои свойства. Исследователи обнаружили, что в то время как плазмоны наночастиц золота "резонируют в видимых длинах волн от 550 до 700 нанометров и серебра от 350 до 700, алюминий может достигать в ультрафиолете, до примерно 200 нанометров!
Лаборатории также характеризуется ослаблением влияния естественных, но само-пассивирующих окисления на алюминиевых поверхностей. "Для железа, ржавчина идет прямо через", сказал Нордландер. "Но для чистого алюминия, оксид так трудно и непроницаемой, что как только вы образуют три-нм лист оксида, процесс останавливается." Чтобы доказать это, исследователи оставили свои диски, подверженных открытом воздухе в течение трех недель перед тестированием снова и нашел их ответ без изменений.
"Поэтому мы использовать золото и серебро в нанонауки является то, что они не окисляются. Но в конце концов, с алюминием, природа дала нам то, что мы можем использовать", сказал Нордландер.
Вторая статья Нордландер и его группы предполагает квантовые эффекты в плазмонных алюминия, которые сильнее, чем в аналогичном золота структуры, когда в виде nanomatryushka, многослойных наночастиц, названных по имени известных русских матрешек. Нордландер обнаружены квантовые эффекты в этих материалах сильно связаны с размером зазора между оболочкой и сердцевиной. В документе недавно появилась в ACS журнале Nano Letters .
"Помимо того, что дешево и перестраиваемый материал, он обладает квантово-механические эффекты в больших, более доступных и более точных диапазонах, чем золото или серебро", сказал Нордландер. "Мы рассматриваем это как основополагающего документа."
Нордландер использовали компьютерное моделирование, чтобы исследовать несоответствия между классической электродинамики и квантовой механики, и именно там, где эти две теории расходятся в золото и алюминиевых nanomatryushkas. "Алюминиевые экспонаты гораздо более квантовое поведение в данный величины зазора, чем золото", сказал он. "В принципе для очень маленьких пробелов, все находится в квантовой сфере (где правила субатомные силы), но, как вы сделаете разрыв больше, система обращается к классической физики." По небольшой, Нордландер означает значительно ниже одного нанометра (одна миллиардная метра). С разрывом между ядром и оболочкой в золотой наноматрещке около половины нанометра, он и ведущий автор Викрам Кулькарни, аспирант Райс, нашел электроны получили возможность туннель от одного слоя к другому в наночастицы. 50 процентов больше, разрыв в алюминия позволило за тот же квантовый эффект. В обоих случаях квантового туннелирования через зазор разрешенных плазмонов резонировать как будто ядро и оболочка была одной частицы, значительно повышая их реакцию.
Расчеты должны быть представлять большой интерес для тех, кто использует наночастицы в качестве зондов в спектроскопии комбинационного рассеяния света, где квантовое туннелирование между частицами может ослабить электрические поля и сбросить классические расчеты, сказал он.
Нордландер отметить, что алгоритм Кулькарни позволила команде запустить один из крупнейших квантовые плазмоники расчетов когда-либо выполненных. Они использовали суперкомпьютер BlueBioU Университета Райс для отслеживания гигантского числа электронов. "Это легко отслеживать двоих детей, но представьте, что у вас было более миллиона", сказал он.
|
