Mécanismes d'excitation pour les réactions chimiques induites par les plasmons. (A) Mécanisme de transfert indirect d'électrons chauds. Les électrons chauds (e-) générés par la désintégration non radiative d'un LSP sont transférés pour former les états TNI de la molécule. (B) Mécanisme d'excitation intramoléculaire directe. Le LSP induit une excitation directe de l'état occupé à l'état inoccupé de l'adsorbat. (C) Mécanisme de transfert de charge. Les électrons sont transférés par résonance du métal à la molécule. Crédit: Science (2018). DOI :10.1126/science.aao0872
Une équipe de chercheurs du Japon, La Corée et les États-Unis ont trouvé un moyen de démontrer un exemple de plasmons provoquant directement des changements dans une molécule. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit sa technique et ce qu'il en a appris.
Les scientifiques continuent de chercher des moyens de rendre l'énergie solaire plus efficace, tels que les dispositifs photocatalytiques basés sur la résonance plasmon. Les plasmons sont, bien sûr, oscillations d'électrons près de la surface d'un matériau. Ils sont pertinents pour les applications de l'énergie solaire car ils peuvent être déclenchés par des photons. Mais le fonctionnement de ce processus est toujours à l'étude. Des recherches antérieures ont suggéré que les réactions excitées par les plasmons sont dues à des électrons de haute énergie générés lors de la désintégration des plasmons. Mais dans ce nouvel effort, les chercheurs ont découvert qu'il est possible d'impacter des molécules directement à l'aide de plasmons.
La technique impliquait l'utilisation d'un microscope à effet tunnel pour observer une réaction provoquée par l'excitation du plasmon. Ils ont pointé la pointe de la sonde du microscope sur une seule molécule de disulfure de diméthyle au sommet d'une base métallique. Les chercheurs ont noté que la molécule formait une saillie elliptique alors qu'elle se trouvait dans un champ plasmonique. L'équipe a ensuite projeté une lumière de différentes longueurs d'onde sur la molécule, ce qui a provoqué des changements dans les plasmons qui l'entourent. Ces changements, à son tour, causé un changement dans la molécule de disulfure de diméthyle. Il s'est séparé en deux protubérances rondes. Cette, les chercheurs suggèrent, s'est produit parce que les plasmons avaient rompu la liaison qui retenait les composants ensemble. Ils notent que leur technique n'est pas cohérente avec la théorie des hautes énergies et suggèrent que les plasmons ont en fait été absorbés par la molécule, ce qui a conduit à affaiblir les liens qui le maintenaient ensemble.
L'équipe prévoit de tester sa technique en utilisant d'autres molécules pour en savoir plus sur les types de réactions qui pourraient se produire. Leur espoir est que, contrairement à leur exemple, les autres réactions ne seront pas limitées par des exigences particulières de température et de pression. De telles conditions sont supposées être nécessaires pour une utilisation dans des applications manufacturées.
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