स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन

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धातु के नैनोकणों पर आपतित प्रकाश चालन बैंड इलेक्ट्रॉनों को दोलन करने का कारण बनता है। यह स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन है।

स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन (LSP) को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटे आकार के एक नैनोकण में सतह प्लास्मोन के फैलाव का परिणाम होता है। जब छोटे गोलाकार धात्विक नैनोकण को ​​प्रकाश द्वारा विकिरणित किया जाता है, तो दोलनशील विद्युत क्षेत्र के कारण चालन इलेक्ट्रॉनों को कोहेरेंटली रूप से दोलन करने का कारण बनता है। जब इलेक्ट्रॉन क्लाउड अपनी मूल स्थिति के सापेक्ष विस्थापित हो जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच कूलम्बिक आकर्षण से एक पुनर्स्थापना बल उत्पन्न होता है। यह बल इलेक्ट्रॉन क्लाउड को दोलन करने का कारण बनता है। इस प्रकार दोलन आवृत्ति इलेक्ट्रॉनों के घनत्व प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और चार्ज वितरण के आकार और आकृति द्वारा निर्धारित होती है।[1] एलएसपी के दो महत्वपूर्ण प्रभाव होते हैं इस प्रकार कण की सतह के निकट विद्युत क्षेत्र बहुत बढ़ जाते हैं और कणों के ऑप्टिकल अवशोषण की अधिकतम मात्रा प्लास्मोन रेज़ोनेंट आवृत्ति पर अधिकतम होती है। इस प्रकार यह सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि को नैनोकण के आकार के आधार पर ट्यून किया जाता है।[1] प्लास्मोन आवृत्ति धातु डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक से संबंधित हो सकती है।[1] इसकी वृद्धि सतह से बहुत दूरी के साथ तेजी से गिर जाती है और धातु के नैनोकणों की प्रतिध्वनि दृश्यमान तरंग दैर्ध्य पर होती है।[2] इस प्रकार स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन रिजोनेन्स धातु के कोलाइडयन सलूशन में शानदार रंग के रूप में होती है।

स्क्रैबालक, सारा ई.; Au, लेस्ली; Li, ज़िन्ग्डे; Xia, युनान (September 2007). "Ag नैनोक्यूब और Au नैनोकेज का आसान संश्लेषण होता है". प्रकृति प्रोटोकॉल. 2 (9): 2182–2190. doi:10.1038/nprot.2007.326. ISSN 1750-2799. PMID 17853874. S2CID 20587542.

चांदी और सोने जैसी धातुओं के लिए दोलन आवृत्ति डी-ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होती है और इस प्रकार प्लास्मोनिक्स में चांदी एक लोकप्रिय विकल्प के रूप में है, जो प्रकाश को आवेशों से जोड़ने के प्रभाव का अध्ययन करता है, क्योंकि यह तरंग दैर्ध्य 300-1200 एनएम की एक विस्तृत श्रृंखला पर सतह प्लास्मोन का समर्थन करता है और जिससे इसकी चरम अवशोषण तरंग दैर्ध्य आसानी से बदल जाती है।[2] उदाहरण के लिए त्रिकोणीय चांदी के नैनोकणों की चरम अवशोषण तरंग दैर्ध्य को त्रिकोण के कोने की तीक्ष्णता को बदल दिया जाता है। जैसे-जैसे त्रिकोणों के कोने की तीक्ष्णता कम होती है, इसमें नीला बदलाव होता है।[3] इसके अतिरिक्त, अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य में बड़ी मात्रा को कम करने वाले एजेंट (HAuCl4) के रूप में जोड़ने के कारण लाल-शिफ्ट से गुजरना पड़ता है और कणों की सरंध्रता बढ़ जाती है।Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many और इस प्रकार सेमीकंडक्टर नैनोकणों के लिए अधिकतम ऑप्टिकल अवशोषण अधिकांशतः निकट-अवरक्त और मध्य-अवरक्त क्षेत्र में होता है।[4][5]

सतही प्लास्मोन्स का प्रसार

स्थानीयकृत सतही प्लास्मोन्स प्रचारित सतही प्लास्मोन्स से भिन्न होती है। इस प्रकार यह स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन में इलेक्ट्रॉन क्लाउड सामूहिक रूप से दोलन करता है और सतही प्लास्मोन के प्रसार में सतही प्लास्मोन संरचना के सिरों के बीच आगे और पीछे फैलता है। इस प्रकार सतही प्लास्मोन के प्रसार के लिए भी कम से कम एक आयाम होना आवश्यक है, जो आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के निकट या उससे अधिक लंबा होता है। धातु नैनोस्ट्रक्चर की ज्यामिति को नियंत्रित करके सतह के प्लास्मोन के प्रसार में बनाई गई तरंगों को भी ट्यून किया जा सकता है।[2]

स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन्स का कैरिक्टरिज़ेशन और अध्ययन

प्लास्मोनिक्स का एक लक्ष्य नैनो-स्केल पर सतही प्लास्मोन को समझना और उनमें हेरफेर करना है, इसलिए सतही प्लास्मोन का कैरिक्टरिज़ेशन महत्वपूर्ण होता है। इस प्रकार सतह प्लास्मोन्स को चिह्नित करने के लिए अधिकांशतः उपयोग की जाने वाली कुछ प्रोद्योगिकीय डार्क-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी यूवी-विज़-एनआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी और सतह-एनहांस रमन स्कैटरिंग (एसईआरएस) के रूप में होती है।[2] डार्क-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी के साथ व्यक्तिगत धातु नैनोस्ट्रक्चर के स्पेक्ट्रम की निगरानी करना संभव होता है, क्योंकि घटना प्रकाश ध्रुवीकरण तरंग दैर्ध्य या परावैद्युत वातावरण में भिन्नताएं बदल जाती हैं।[6]

अनुप्रयोग

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के अनुसार चित्रित कोलाइडल सोना, मजबूत एलएसपी रिजोनेन्स प्रदर्शित करता है।

प्लास्मोन गुंजयमान आवृत्ति पर्यावरण के अपवर्तक सूचकांक के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है और जबकि अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन के परिणामस्वरूप गुंजयमान आवृत्ति में बदलाव होता है। चूंकि गुंजयमान आवृत्ति को मापना आसान होता है, यह एलएसपी नैनोकणों को नैनोस्कोपिक स्केल सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।[7] इसके अतिरिक्त मजबूत एलएसपी गुण प्रदर्शित करने वाले नैनोकण, जैसे कि सोने के के नैनोरोड सतह प्लास्मोन रिजोनेन्स संवेदन में संकेत को बढ़ा सकते हैं।[8][9] एलएसपी रिजोनेन्स ों को प्रदर्शित करने वाले नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी पर आधारित आधुनिक विश्लेषणात्मक प्रोद्योगिकीय में संकेतों को बढ़ाने के लिए किया जाता है। अन्य अनुप्रयोग जो नैनोस्केल में गर्मी पैदा करने के लिए कुशल प्रकाश पर निर्भर करते हैं, वे इस प्रकार हैं हीट-असिस्टेड चुंबकीय रिकॉर्डिंग (एचएएमआर) फोटोथर्मल कैंसर थेरेपी और थर्मोफोटोवोल्टिक्स इत्यादि के रूप में होते है।[10] अब तक, विशेष रूप से ऑप्टिकल स्पेक्ट्रल रेंज दृश्यमान और एनआईआर में धातुओं के अंदर उच्च ओमिक हानि के कारण प्लास्मोनिक्स का उपयोग करके उच्च दक्षता वाले अनुप्रयोगों को साकार नहीं किया जा सकता है।[11][12] इसके अतिरिक्त सतह प्लास्मोन का उपयोग सुपर लेंस अदृश्यता क्लोक बनाने और क्वांटम कंप्यूटिंग में सुधार करने के लिए किया जाता है।[13][14][15] इस प्रकार प्लास्मोनिक्स में अनुसंधान का एक और दिलचस्प क्षेत्र किसी अन्य अणु के संशोधन के माध्यम से प्लास्मोन को चालू और बंद करने की क्षमता होती है। प्लास्मोन को चालू और बंद करने की क्षमता का पता लगाने की विधियों में संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण परिणाम होते हैं।[2] वर्तमान में, एक सुपरमॉलेक्यूलर क्रोमोफोर को एक धातु नैनोस्ट्रक्चर के साथ जोड़ा जाता है। तो इस इंटरैक्शन ने अवशोषण तीव्रता को बढ़ाकर सिल्वर नैनोस्ट्रक्चर के स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन रिजोनेन्स गुणों को बदल देता है।[16]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Kelly, K. Lance (December 21, 2002). "The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment". The Journal of Physical Chemistry B. 107 (3): 668–677. doi:10.1021/jp026731y.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Rycenga, Matthew; Cobley, Claire M.; Zeng, Jie; Li, Weiyang; Moran, Christine H.; Zhang, Qiang; Qin, Dong; Xia, Younan (2011). "प्लास्मोनिक अनुप्रयोगों के लिए सिल्वर नैनोस्ट्रक्चर के संश्लेषण और संयोजन को नियंत्रित करना". Chem. Rev. 111 (6): 3669–3712. doi:10.1021/cr100275d. PMC 3110991. PMID 21395318.
  3. ↑ Zeng, Jie; Roberts, Stefan; Xia, Younan (2010). "Nanocrystal-Based Time–Temperature Indicators". Chemistry – A European Journal. 16 (42): 12559–12563. doi:10.1002/chem.201002665. ISSN 1521-3765. PMID 20945450.
  4. ↑ Liu, Xin; Swihart, Mark T. (2014). "Heavily-doped colloidal semiconductor and metal oxide nanocrystals: an emerging new class of plasmonic nanomaterials". Chem. Soc. Rev. 43 (11): 3908–3920. doi:10.1039/c3cs60417a. PMID 24566528.
  5. ↑ Zhou, Shu; Pi, Xiaodong; Ni, Zhenyi; Ding, Yi; Jiang, Yingying; Jin, Chuanhong; Delerue, Christophe; Yang, Deren; Nozaki, Tomohiro (2015). "बोरॉन- और फॉस्फोरस-डॉप्ड सिलिकॉन नैनोक्रिस्टल के स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि पर तुलनात्मक अध्ययन". ACS Nano. 9 (1): 378–386. doi:10.1021/nn505416r. PMID 25551330.
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  7. ↑ Mayer, Kathryn M.; Hafner, Jason H. (2011). "स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन अनुनाद सेंसर". Chemical Reviews. Plasmonics (111): 3828–3857. doi:10.1021/cr100313v. PMID 21648956.
  8. ↑ Loo, Jacky Fong-Chuen; Yang, Chengbin; Tsang, Hing Lun; Lau, Pui Man; Yong, Ken-Tye; Ho, Ho Pui; Kong, Siu Kai (2017). "कैंसर रोधी दवा स्क्रीनिंग के लिए एसपीआर, आरएनएएस एच, और आरएनए और गोल्ड-नैनोरोड्स के साथ जांच का उपयोग करते हुए एक एप्टामर बायो-बारकोड (एबीसी) परख". The Analyst. 142 (19): 3579–3587. Bibcode:2017Ana...142.3579L. doi:10.1039/C7AN01026E. ISSN 0003-2654. PMID 28852760.
  9. ↑ Law, Wing-Cheung; Yong, Ken-Tye; Baev, Alexander; Hu, Rui; Prasad, Paras N. (2009-10-12). "Nanoparticle enhanced surface plasmon resonance biosensing: Application of gold nanorods". Optics Express. 17 (21): 19041–19046. Bibcode:2009OExpr..1719041L. doi:10.1364/OE.17.019041. ISSN 1094-4087. PMID 20372639.
  10. ↑ ElKabbash, Mohamed; et al. (2017). "Tunable Black Gold: Controlling the Near-Field Coupling of Immobilized Au Nanoparticles Embedded in Mesoporous Silica Capsules". Advanced Optical Materials. 5 (21): 1700617. doi:10.1002/adom.201700617. S2CID 103781835.
  11. ↑ Khurgin, Jacob (2015). "प्लास्मोनिक्स और मेटामटेरियल्स में होने वाले नुकसान से कैसे निपटें". Nature Nanotechnology. 10 (1): 2–6. arXiv:1411.6577. Bibcode:2015NatNa..10....2K. doi:10.1038/nnano.2014.310. PMID 25559961. S2CID 6906889.
  12. ↑ ElKabbash, Mohamed; et al. (2017). "Ultrafast transient optical loss dynamics in exciton–plasmon nano-assemblies". Nanoscale. 9 (19): 6558–6566. doi:10.1039/c7nr01512g. hdl:11693/37238. PMID 28470299.
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  16. ↑ Zhou, Haibo; Yang, Danting; Ivleva, Natalia P.; Mircescu, Nicoleta E.; Schubert, Sören; Niessner, Reinhard; Wieser, Andreas; Haisch, Christoph (2015-07-07). "सतह-संवर्धित रमन स्कैटरिंग द्वारा जीवित और मृत बैक्टीरिया का लेबल-मुक्त भेदभाव". Analytical Chemistry. 87 (13): 6553–6561. doi:10.1021/acs.analchem.5b01271. ISSN 0003-2700. PMID 26017069.
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