Les spectroscopies moléculaires améliorées par plasmon ont attiré une attention considérable en tant qu'outils de détection puissants avec une sensibilité ultra-élevée jusqu'au niveau d'une seule molécule. La réponse optique des molécules à proximité des nanostructures à résonance plasmon serait considérablement améliorée grâce aux interactions avec les plasmons. Cependant, au-delà de l'amplification du signal, l'interaction molécule-plasmon induit également inévitablement de fortes modifications dans les formes des raies spectrales et déforme l'information chimique implicite des molécules. Un exemple typique est le spectre d'absorption infrarouge à surface augmentée (SEIRA). En raison du couplage molécule-plasmon dominé, les formes de lignes des spectres d'absorption moléculaire présentent des formes de lignes de Fano asymétriques compliquées, au lieu des formes de lignes lorentziennes symétriques des molécules sondes en phase gazeuse ou en solution.

De nombreuses études pionnières se sont concentrées sur l'effet de forme de ligne dépendant du désaccord d'énergie (la différence d'énergie entre l'énergie de résonance plasmonique et l'énergie de vibration moléculaire) et l'amortissement (la perte de rayonnement par rapport à la perte intrinsèque en ohms). La question de savoir comment les interactions molécule-plasmon en champ proche contrôlent directement les évolutions des formes de raies spectrales SEIRA a été rarement explorée. Par ailleurs, au-delà de l'image d'interaction à deux corps, La façon dont les interactions molécule-plasmon pour les molécules avec des forces de couplage distinctes contrôlent collectivement l'évaluation des formes de raies spectrales n'est pas non plus claire. Récemment, Jun Yi, En-Ming vous, Song Yuan Ding, et Zhong-Qun Tian de l'Université de Xiamen ont fait des progrès passionnants et ont théoriquement révélé comment la force de couplage molécule-plasmon contrôle les évolutions spectrales dans les spectres SEIRA. Les résultats montrent que même si les mêmes molécules se couplent avec les mêmes structures plasmoniques, les formes des raies spectrales dépendent de la distance de couplage, densité moléculaire, et la perte intrinsèque du plasmon dans la condition de désaccord zéro, c'est à dire., l'énergie de résonance du plasmon est égale à l'énergie de vibration moléculaire.

Les auteurs ont d'abord montré que la forme des raies spectrales évolue d'un creux anti-absorption vers un profil de Fano asymétrique à mesure que la force de couplage entre les molécules et les plasmons diminue progressivement en allongeant la distance entre les molécules et la structure plasmonique. Les résultats ont également été reproduits par un modèle analytique avec la force de couplage molécule-plasmon comme paramètre d'entrée, qui a en outre révélé une interaction dipôle-dipôle dominée entre les molécules et les plasmons.

Les auteurs ont en outre constaté que la densité moléculaire joue également un rôle crucial dans la détermination des formes de raies spectrales, puisque la force de couplage dépend de la racine carrée de la densité moléculaire. De façon intéressante, un nouveau mode spectral a été prédit lorsque la densité dépasse le seuil et se déplacerait vers le rouge vers une énergie inférieure à mesure que la densité augmente. Les auteurs ont clarifié les origines du nouveau mode à partir d'interactions intermoléculaires cohérentes à médiation plasmonique, Plus précisément, entre les molécules situées à l'intérieur et à l'extérieur des points chauds plasmoniques. Des études détaillées ont montré que le changement d'énergie du nouveau mode dépend fortement de la force de couplage intermoléculaire, peut donc être appliqué pour étudier l'interaction intermoléculaire cohérente à l'échelle nanométrique. Les études dévoilent l'impact de la force de couplage molécule-plasmon sur les profils spectraux, et mettre en lumière d'autres études sur les états électroniques ou vibrationnels moléculaires revêtus de plasmons dans divers régimes de force de couplage.