Hétérodimères de nanoparticules d'argent et d'or (environ 10 nm de diamètre); les lignes ondulées vertes représentent les molécules de surfactant dans le schéma. Sous-jacente se trouve une image MET de nanoparticules d'or (couleur dorée) et d'argent (gris foncé) après une surcroissance épitaxiale pendant 180 secondes.
Hétérodimères Au-Ag interfacés de haute qualité dans le régime de taille quantique (diamètre <10 nm) ont été synthétisés par un moyen de semence, stratégie de surcroissance épitaxiale confinée en surface par des chercheurs du groupe de nanophotonique du laboratoire national d'Argonne. Les calculs des premiers principes effectués par le groupe Théorie et modélisation ont confirmé que les effets de taille quantique et la formation d'interfaces Au/Ag conduisent à une amélioration inhabituelle de la résonance plasmonique caractéristique de la surface de l'or et à l'émergence d'un plasmon de transfert de charge à travers les domaines Au/Ag. A notre connaissance, la performance plasmonique améliorée due à la résonance plasmonique de transfert de charge Au/Ag n'a pas été décrite auparavant.
L'une des grandes promesses de la nanotechnologie est la capacité de contrôler et de confiner la lumière à des échelles de longueur qui sont des ordres de grandeur plus petits que les longueurs d'onde optiques en exploitant un phénomène connu sous le nom de plasmons, qui sont des oscillations collectives d'électrons de conduction dans des métaux excités par la lumière visible. Cette promesse est particulièrement alléchante lorsque la taille des structures plasmoniques approche l'échelle moléculaire ( <10 nm) car il ouvre des voies à la catalyse, sentir, et certaines applications médicales. Cependant, il est généralement supposé que les performances des matériaux plasmoniques se dégradent significativement à cette échelle en raison de l'apparition d'effets de mécanique quantique.
Une amélioration surprenante a été observée dans ce régime de taille lorsque deux matériaux différents (argent et or) ont été interfacés. Grâce à la modélisation théorique et aux calculs de mécanique quantique, il a été déterminé que les effets quantiques étaient responsables de cette amélioration en créant une condition plus forte pour une résonance « plasmon de transfert de charge ». Les connaissances acquises sur ce nouveau mécanisme peuvent suggérer des stratégies générales pour surmonter les pertes de performance plasmonique dans le régime de taille quantique.
