Images SEM de nanoparticules fabriquées pour SERS par lithographie par faisceau d'électrons.
Dans un article de synthèse opportun, scientifiques du Japon, Allemagne, et l'Espagne donnent un aperçu très pertinent de l'histoire, interprétation physique et applications des plasmons dans les nanostructures métalliques.
Tadaaki Nagao au Centre international de nanoarchitectonique des matériaux (MANA), L'Institut national des sciences des matériaux (NIMS) et ses collègues allemands et espagnols présentent une étude sur les plasmons dans les nanomatériaux métalliques. L'article est publié cette semaine dans la revue Science et technologie des matériaux avancés .
Les auteurs fournissent un aperçu complet des propriétés des plasmons dans les nanomatériaux en mettant l'accent sur les travaux pionniers de Ruthemann et Lang sur la spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS) du mouvement des électrons dans des feuilles métalliques minces ; analyse infrarouge récente de nanotiges métalliques et de nano-îlots métalliques produites par photolithographie « de haut en bas » ; et le potentiel des fils atomiques métalliques pour supporter les modes de résonance plasmonique. L'examen comprend des explications détaillées sur les plasmons pour la biodétection in vivo et les nanoantennes.
Un plasmon peut être visualisé comme une oscillation collective de « liquide » électronique dans les métaux, semblable aux vagues dans le lac, qui sont le mode collectif des molécules d'eau. Par ailleurs, les plasmons de surface sont de telles oscillations confinées à la surface des métaux, qui affichent une forte interaction avec la lumière, conduisant à la formation de soi-disant « polaritons ». Les applications futuristes des plasmons incluent des lentilles idéales et même des capes d'invisibilité.
Les recherches menées dans les années 1940 par Ruthemann et Lang sur les électrons circulant dans des feuilles métalliques minces à l'aide d'EELS ont donné le premier signe expérimental de la présence des «oscillations plasma» théoriquement prédites dans les métaux. En 1957, Richie et ses collègues ont prédit l'existence de plasmons « localisés en surface », ce qui a été confirmé par Powell et Swan par EELS quelques années plus tard. Dans les années 1960, les chercheurs ont déterminé les courbes de dispersion optique à l'aide de la spectroscopie optique, ouvrant ainsi la possibilité d'applications optiques des structures plasmoniques.
Illustration du ciblage multiplex du cancer par des nanoparticules SERS codées par des molécules Raman et des anticorps anticancéreux.
Dans cette revue, Nagao et ses collègues offrent un aperçu des applications optiques des plasmons de surface localisés dans les structures produites par photolithographie. Des exemples spécifiques incluent les détecteurs à nanoantennes métalliques - où l'excitation résonante de la lumière conduit à une augmentation du champ électromagnétique ultra-élevée en raison des polaritons de plasmons localisés à la surface des nanostructures ; et les interactions optiques entre les réseaux de nanotiges pour la « diffusion Raman améliorée en surface », qui montre un potentiel pour la détection biomoléculaire in vivo. Les auteurs décrivent également la fabrication d'un prototype d'antenne à nano-espacement aléatoire pour la spectroscopie infrarouge améliorée et la surveillance spectrale in situ de l'amélioration de la surface de l'absorption infrarouge pendant la croissance du film.
Par ailleurs, les auteurs décrivent les nouvelles tendances de la recherche en plasmonique, en particulier l'observation des modes de résonance plasmonique dans des nanofils d'indium cultivés sous ultravide sur des substrats de silicium étagés. Ils prédisent que ces nanofils seront utilisés comme éléments constitutifs pour le développement des dispositifs plasmoniques du futur.
Cette revue comprend 86 références et 12 figures, fournissant une source inestimable d'informations à jour pour les nouveaux arrivants et les experts dans ce domaine de recherche passionnant.
