Fig. 1 (a) Schéma du système de mesure pour observer le processus de désintégration du mouvement collectif des électrons. Le faisceau laser vers le microscope électronique à photoémission est divisé en deux, et en retardant le temps du deuxième faisceau, une image des électrons émis par les nanoparticules d'or est montrée en haute résolution, comme l'imagerie time-lapse. (b) L'intensité de la photoémission des modes de résonance plasmonique dipolaire et quadripolaire en fonction du temps de retard entre les impulsions laser pompe et sonde. Ces résultats indiquent que la résonance plasmonique dipolaire et quadripolaire existe avec des temps de déphasage différents. Crédit :Université d'Hokkaido
Le groupe de recherche du professeur Hiroaki Misawa de l'Institut de recherche en sciences électroniques, Hokkaido University et professeur adjoint Atsushi Kubo de la Faculté des sciences pures et appliquées, Université de Tsukuba, ont observé avec succès le temps de déphasage des deux types différents de mouvements collectifs d'électrons générés à la surface d'une nanoparticule d'or pour la première fois au monde, en combinant un laser qui émet des impulsions lumineuses ultracourtes avec un microscope électronique à photoémission.
Lorsque l'or est réduit à l'échelle nanométrique, sa couleur est rouge au lieu d'or. Lorsque des nanoparticules d'or sont exposées à la lumière, les oscillations collectives des électrons existant sur la surface localisée de l'or provoquent une forte absorption et dispersion de la lumière rouge.
Ce phénomène est appelé résonance plasmonique de surface. La couleur rouge des vitraux est également le résultat de ce phénomène. Récemment, les nanoparticules d'or ont été largement utilisées dans divers domaines, comme l'application dans les tests de grossesse.
Ces oscillations collectives d'électrons à la surface des nanoparticules d'or causées par la lumière ont été considérées comme un phénomène qui n'a duré qu'un temps extrêmement court, et difficile à mesurer en raison de cette brièveté.
Notre groupe de recherche a développé une méthodologie pour mesurer le temps de déphasage des oscillations collectives d'électrons se produisant à la surface de nanoparticules d'or en combinant un laser qui émet des impulsions lumineuses ultracourtes de quelques femtosecondes (1 femtoseconde =10 -15 secondes), et un microscope électronique à photoémission à haute résolution spatiale.
Mesuré par cette technique, les différents temps de déphasage des deux oscillations collectives différentes, à savoir les modes plasmoniques de surface dipolaires et quadripolaires, pourrait être résolu et identifié comme 5 femtosecondes et 9 femtosecondes, respectivement.
Les recherches utilisant des nanoparticules d'or comme antennes optiques pour récolter la lumière pour une cellule photovoltaïque et un système de photosynthèse artificielle capable de diviser l'eau pour obtenir de l'hydrogène progressent. La mesure réussie du temps de déphasage des oscillations collectives des électrons est considérée comme une ligne directrice utile dans le développement de ces systèmes.
