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Quantum plasmon resonances of individual metallic nanoparticles

机译:单个金属纳米粒子的量子等离子体共振

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摘要

The plasmon resonances of metallic nanoparticles have received considerable attention for their applications in nanophotonics, biology, sensing, spectroscopy and solar energy harvesting. Although thoroughly characterized for spheres larger than ten nanometres in diameter, the plasmonic properties of particles in the quantum size regime have been historically difficult to describe owing to weak optical scattering, metal-ligand interactions, and inhomogeneity in ensemble measurements. Such difficulties have precluded probing and controlling the plasmonic properties of quantum-sized particles in many natural and engineered processes, notably catalysis. Here we investigate the plasmon resonances of individual ligand-free silver nanoparticles using aberration-corrected transmission electron microscope (TEM) imaging and monochromated scanning TEM electron energy-loss spectroscopy (EELS). This technique allows direct correlation between a particle's geometry and its plasmon resonance. As the nanoparticle diameter decreases from 20 nanometres to less than two nanometres, the plasmon resonance shifts to higher energy by 0.5 electronvolts, a substantial deviation from classical predictions. We present an analytical quantum mechanical model that describes this shift due to a change in particle permittivity. Our results highlight the quantum plasmonic properties of small metallic nanospheres, with direct application to understanding and exploiting catalytically active and biologically relevant nanoparticles.%本期封面所示为“Through the Looking Glass”的一个细节内容,它是由Kate Njchols(TED Fellow 计划的一个资助对象)制作的 个大型玻璃艺术品,是用银纳米颗粒作为“颜料”创作出来的。作品的颜色来自金属颗粒中电子的振荡(局部化的表面“等离子体激元”的共振)。这些颗粒的“等离子体激元”性质,使它们对于各种成像、传感和可再生能源技术来说很有吸引力。
机译:金属纳米粒子的等离子体共振在纳米光子学,生物学,传感,光谱学和太阳能收集中的应用受到了广泛的关注。尽管对直径大于十纳米的球体进行了全面表征,但由于弱的光学散射,金属-配体相互作用以及整体测量的不均匀性,历史上很难描述量子尺寸范围内粒子的等离子特性。这些困难使得无法在许多自然和工程化的过程中,尤其是催化过程中,探测和控制量子尺寸粒子的等离子体特性。在这里,我们使用像差校正的透射电子显微镜(TEM)成像和单色扫描TEM电子能量损失谱(EELS),研究了无配体的银纳米粒子的等离子体共振。这项技术可以使粒子的几何形状与其等离振子共振直接相关。随着纳米粒子的直径从20纳米减小到不到2纳米,等离子激元共振会以0.5电子伏特的能量转移到更高的能量,这与经典的预测大相径庭。我们提出了一种分析量子力学模型,该模型描述了由于粒子介电常数变化引起的这种位移。我们的结果突出了小型金属纳米球的量子等离激元性质,直接应用于理解和开发具有催化活性和生物学相关性的纳米粒子。%本期封面显示为“通过窥镜”的一个细节内容,它是由凯特·奈科尔斯(Kate Njchols) TED Fellow计划的一个资助对象)制作的一个大型玻璃艺术品,是用银纳米颗粒作为“颜料”创作出来的。这些颗粒的“等离子体激元”性质,使它们对于各种成像,传感和可再生能源技术来说很容易理解。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2012年第7390期|p.421-427a1|共8页
  • 作者单位

    Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, USA;

    Stanford Nanocharacterization Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA;

    Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-18 02:54:04

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