La résonance plasmonique de surface - la vibration collective des électrons à la surface des nanostructures métalliques en réponse à une excitation avec de la lumière ou une charge - a récemment attiré beaucoup d'attention de la communauté scientifique en raison de son large éventail d'applications possibles, notamment en photonique. Mohsen Rahmani et ses collègues de l'A*STAR Data Storage Institute ont maintenant étendu les utilisations potentielles de ce phénomène en découvrant que la plasmonique de surface des assemblages de nanoparticules ressemble étroitement aux interactions énergétiques entre les atomes dans les molécules bidimensionnelles.

Les propriétés de résonance des plasmons de surface sont déterminées par la constitution précise de la nanostructure, y compris le métal, le substrat et même la forme de la structure elle-même. Les interactions entre les nanostructures lorsqu'elles sont rapprochées peuvent également modifier de manière significative la résonance plasmon du système. Cette approche a été étudiée pour une application dans la conception de résonances plasmoniques très pointues et très sensibles à l'environnement extérieur, avec les usages, par exemple, dans la détection de gaz.

Les chercheurs ont étudié des conceptions bidimensionnelles complexes basées sur des assemblages de quatre nanodisques d'or. Avec un écart entre les disques de seulement 18 nanomètres, de fortes interactions se sont produites entre les modes plasmoniques des disques individuels. Conceptuellement, cette interaction entre les états optiques des nanodisques d'or est similaire à l'interaction électronique entre les atomes d'une molécule. « Les molécules planaires trigonales imitées dans notre travail font partie des rares molécules planaires naturelles, ", dit Rahmani.

Comme dans une molécule, les interactions entre les nanodisques dans un système plasmonique conduisent à de multiples pics de résonance plasmonique au lieu du seul pic produit par un seul disque isolé. « Sur la base de telles analogies directes, les nanostructures plasmoniques pourraient donc être un outil pratique pour étudier les propriétés de molécules plus complexes, », explique Rahmani.

À l'avenir, les chercheurs envisagent de concevoir et de fabriquer des structures tridimensionnelles, ce qui leur permettrait d'étudier un plus large éventail de molécules. De telles études pourraient conduire à une meilleure compréhension de la théorie des orbitales moléculaires dans les molécules trigonales planaires, et du comportement des atomes de carbone dans les feuilles de graphène. L'analogie entre les molécules et les structures plasmoniques pourrait également être utilisée pour faire avancer le développement d'un certain nombre de dispositifs photoniques. « L'analogie pourrait profiter aux applications en nanolithographie, commutation optique et spectroscopie non linéaire, ", dit Rahmani. Étant donné le grand nombre de molécules disponibles comme modèles pour la conception de propriétés spécifiques, les applications potentielles de ces systèmes plasmoniques devraient être nombreuses et de grande envergure.