Les nanoparticules métalliques pourraient jouer un rôle clé dans les détecteurs de lumière de prochaine génération, circuits optiques, et les thérapies contre le cancer. Pour que ces futures technologies soient réalisées, il est important de comprendre ce qui se passe lorsque des nanoparticules sont soumises à des vibrations, et la diffusion conséquente de la lumière qui peut se produire en raison des oscillations, ou des plasmons de surface, dans leur nuage d'électrons libres. Cependant, on ne sait pas exactement comment ces vibrations sont affectées par l'environnement immédiat de la nanoparticule - en particulier, comment l'environnement affecte la dissipation d'énergie d'une nanoparticule lorsqu'elle vibre.

Sudhiranjan Tripathy à l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues, en collaboration avec Arnaud Arbouet et ses collègues du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France, ont maintenant analysé l'effet de différents environnements sur des nanoparticules d'or individuelles, leurs vibrations acoustiques et la dissipation d'énergie associée.

Les chercheurs ont examiné des nanoanneaux individuels en or à l'aide de la spectroscopie d'absorption transitoire, qui consiste à exciter l'échantillon avec une impulsion de lumière laser avant de mesurer l'absorbance de la lumière à différentes longueurs d'onde. Ils ont mesuré à la fois la période de vibration et le temps d'amortissement - la vitesse à laquelle le nano-anneau perd son énergie dans son environnement.

« Lorsqu'un système métallique est réduit à des dimensions nanométriques, ses modes de vibration peuvent devenir très différents par rapport à sa forme massive, ” explique Tripathy. « Par exemple, l'amortissement des vibrations acoustiques est fortement affecté par les propriétés élastiques de l'environnement et l'interface entre la nanoparticule et son environnement.

Des études de spectroscopie antérieures ont expérimenté avec de grands groupes de nanoparticules, mais l'approche collective a ses limites car des nanoparticules de tailles différentes peuvent avoir des périodes de vibration différentes. Les chercheurs ont surmonté le problème en travaillant avec des nano-anneaux individuels, mais la solution de contournement a eu ses propres difficultés.

Le premier défi était la nanofabrication de nano-objets parfaitement contrôlés et caractérisés. Deuxièmement, il s'agissait de détecter et de surveiller les vibrations acoustiques d'un seul nano-objet métallique. Cela signifiait que les chercheurs devaient mesurer des changements relatifs de l'ordre d'un sur 10 millions.

Les chercheurs ont étudié des nanoanneaux individuels entourés d'air ou de glycérol, et s'est concentré sur la façon dont les différents environnements affectaient le temps d'amortissement des vibrations. Cela a fourni des informations précieuses sur la façon dont l'énergie s'est dissipée des nano-anneaux vers leur environnement. Le plus révélateur, les temps d'amortissement étaient significativement plus courts dans le glycérol à haute viscosité.

« Nos travaux ouvrent des perspectives passionnantes dont l'utilisation de nanoparticules métalliques comme capteurs de masse, ou comme sondes nanométriques des propriétés élastiques de leurs environnements locaux, " dit Tripathy.