Parfois, il semble que les molécules peinent à communiquer avec les scientifiques. En ce qui concerne les plasmons de jonction, essentiellement des ondes lumineuses piégées dans de minuscules espaces entre les métaux nobles, ce que les molécules ont à dire pourrait changer radicalement la conception des détecteurs utilisés pour la science et la sécurité. La sensibilité de détection de molécule unique est réalisable grâce à la diffusion Raman à partir de molécules cajolées dans des jonctions plasmoniques. Des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont découvert que des séquences de spectres Raman enregistrées à une jonction plasmonique, formé par une pointe d'or et une surface d'argent, présenter des fluctuations d'intensité dramatiques, accompagné du passage des spectres de raies vibrationnelles familiers d'une molécule à des spectres à large bande de même origine. Les fluctuations confirment le modèle antérieur de l'équipe qui attribue des spectres de bande améliorés dans la diffusion Raman des nanojonctions plasmoniques au court-circuit du plasmon de jonction via des ponts moléculaires intermédiaires.

"Il s'agit de lui poser les bonnes questions et d'écouter ce qu'il a à dire, " a déclaré le Dr Patrick El-Khoury, qui travaille sur ce projet depuis 2 ans.

Une multitude de dispositifs et d'instruments de pointe émergents reposent sur des interactions molécule-plasmon. Des travaux récents ont démontré la sensibilité de détection yoctomolaire dans la diffusion Raman à partir de nanojonctions plasmoniques, ou la capacité de détecter 1 molécule sur 602, 214, 000, 000, 000, 000, 000, 000. Les capteurs plasmoniques fonctionnant à cette limite de détection sont capables de déterminer l'identité chimique de quantités infimes de dangers radioactifs et environnementaux. Le développement de nanoscopes chimiques à molécule unique pourrait répondre à des questions fondamentales sur les processus physiques et chimiques se déroulant à des échelles nanométriques. Les fondamentaux acquis de cette étude pourraient avoir un impact sur la conception de capteurs plasmoniques ultrasensibles et de nanoscopes chimiques utilisés pour comprendre la chimie fondamentale derrière le stockage et la production d'énergie, ainsi que les plans d'appareils électroniques extrêmement petits.

"Avant de pouvoir concevoir les appareils dont vous avez besoin, vous devez savoir comment les molécules se comportent sur des échelles de longueur comparables à leurs dimensions caractéristiques. Notre recherche est fondamentale, fournir de nouvelles informations sur la façon dont les molécules interagissent avec les plasmons de jonction, " a déclaré le Dr Wayne Hess, un physicien chimiste au PNNL.

L'équipe a commencé avec une fine feuille de verre. Ils ont fait pousser une fine couche d'argent dessus. Ils ont ajouté une seule couche de 4, 4′-dimercaptostilbène (DMS), une molécule qui se lie avec l'une de ses deux fractions thiol à la surface de l'argent. Ils ont placé l'échantillon sur un microscope optique inversé, sur lequel est monté un microscope à force atomique (AFM). La sonde AFM en or est engagée et réglée pour être en contact avec la surface de l'échantillon. Un faisceau laser vert est très étroitement focalisé à travers l'objectif du microscope, traverse le verre et le film métallique mince, et excite la jonction formée entre la pointe de l'AFM et l'échantillon. L'équipe a ensuite enregistré des séquences de spectres Raman à partir de molécules DMS dans la jonction. Une analyse de corrélation bidimensionnelle des séquences spectrales enregistrées a révélé que les états vibrationnels observables du DMS peuvent être divisés en deux sous-ensembles, en vertu de la symétrie (C2h) du rapporteur, l'équipe spécifiquement sélectionnée pour cette étude. Le premier ensemble comprend les vibrations totalement symétriques (ag) Raman autorisées qui ne sont ni corrélées entre elles ni avec les plasmons porteurs de courant. Le deuxième ensemble se compose de modes bu faiblement autorisés, qui sont corrélés à la fois entre eux et avec les plasmons. Ces observations démontrent clairement que les plasmons tunnels modulent les termes de couplage vibronique à partir desquels les intensités des vibrations bu sont dérivées. En effet, El-Khoury et Hess ont identifié des modes vibrationnels de passerelle pour la médiation de la navette de charge à travers un espace plasmonique à travers des ponts moléculaires conducteurs.

"Il s'agit d'un changement de paradigme en spectroscopie moléculaire, car nous ne recherchons plus les propriétés moléculaires. Plutôt, nous utilisons ces propriétés - dans cette étude, la symétrie des modes vibrationnels observables - pour nous renseigner sur les environnements riches dans lesquels résident les molécules, ", a déclaré El-Khoury.

En utilisant les connaissances fondamentales acquises grâce à cette étude, El-Khoury et Hess conçoivent de nouveaux capteurs plasmoniques et travaillent au développement d'un nanoscope chimique ultrasensible. Plus précisement, ils développent une nouvelle instrumentation qui tire parti des propriétés uniques des plasmons à navette de charge.