Плазмонное сопряжение

Плазмонная связь — это явление, которое происходит, когда две или более плазмонных частиц приближаются друг к другу на расстояние, меньшее приблизительно длины одного диаметра. При возникновении плазмонной связи резонанс отдельных частиц начинает гибридизироваться, и пиковая длина волны их резонансного спектра смещается (либо синее смещение , либо красное смещение ), в зависимости от того, как распределяется поверхностная плотность заряда по связанным частицам. На резонансной длине волны одной частицы поверхностные плотности заряда близких частиц могут быть либо в противофазе , либо в фазе , вызывая отталкивание или притяжение и, таким образом, приводя к увеличению (синее смещение) или уменьшению (красное смещение) энергии гибридизированной моды. ^[1] Величина сдвига, которая может быть мерой плазмонной связи, зависит от межчастичного зазора, а также от геометрии частиц и плазмонных резонансов, поддерживаемых отдельными частицами. ^[2] Большее красное смещение обычно связано с меньшим межчастичным зазором и большим размером кластера.

Плазмонная связь также может привести к усилению электрического поля в межчастичном зазоре на несколько порядков, что намного превышает усиление поля для одной плазмонной наночастицы . Многие сенсорные приложения, такие как поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS), используют плазмонную связь между наночастицами для достижения сверхнизкого предела обнаружения.

Плазмонная линейка

Плазмонная линейка относится к димеру двух идентичных плазмонных наносфер, связанных вместе через полимер , обычно ДНК или РНК . Основываясь на универсальном законе масштабирования ^[3] между спектральным сдвигом и межчастичным разделением, расстояние в нанометровом масштабе можно контролировать с помощью цветовых сдвигов пика резонанса димера. Плазмонные линейки обычно используются для контроля флуктуации расстояния ниже дифракционного предела , между десятками нанометров и несколькими нанометрами.

Микроскопия плазмонного сопряжения

Микроскопия плазмонной связи — это рациометрический широкопольный подход к визуализации, позволяющий контролировать несколько плазмонных линеек с высоким временным разрешением . ^[4] Все поле зрения отображается одновременно на двух каналах длин волн, что соответствует красному и синему флангу резонанса плазмонной линейки. Спектральная информация отдельной плазмонной линейки выражается в распределении интенсивности на двух контролируемых каналах, количественно определяемом как R=(I ₁ -I ₂ )/(I ₁ +I ₂ ). ^[5]^[4] Каждое значение R соответствует определенному расстоянию в нанометровом масштабе, которое можно рассчитать с помощью компьютерного моделирования или сгенерировать из экспериментов.

Ссылки

^ Фанстон, Элисон М.; Ново, Каролина; Дэвис, Тим Дж.; Малвани, Пол (2009-04-08). «Плазмонная связь золотых наностержней на коротких расстояниях и в различных геометриях». Nano Letters . 9 (4): 1651– 1658. Bibcode : 2009NanoL...9.1651F. doi : 10.1021/nl900034v. ISSN 1530-6984. PMID 19271775.
^ Чен, Тяньхун; Пурманд, Махшид; Фейзпур, Амин; Кушман, Брэдфорд; Рейнхард, Бьёрн М. (2013-07-03). «Настройка плазмонной связи в самоорганизующихся одномерных цепях наночастиц Au посредством одновременного контроля размера и зазора». The Journal of Physical Chemistry Letters . 4 (13): 2147– 2152. doi : 10.1021/jz401066g. ISSN 1948-7185. PMC 3766581. PMID 24027605 .
^ Jain, Prashant K.; Huang, Wenyu; El-Sayed, Mostafa A. (2007-07-01). «Об универсальном масштабном поведении распада плазмонной связи на расстоянии в парах металлических наночастиц: уравнение плазмонной линейки». Nano Letters . 7 (7): 2080– 2088. Bibcode :2007NanoL...7.2080J. doi :10.1021/nl071008a. ISSN 1530-6984.
^ ab Chen, Tianhong; Hong, Yan; Reinhard, Björn M. (2015-08-12). «Исследование жесткости ДНК с помощью оптического флуктуационного анализа плазмонных линеек». Nano Letters . 15 (8): 5349– 5357. Bibcode :2015NanoL..15.5349C. doi :10.1021/acs.nanolett.5b01725. ISSN 1530-6984. PMC 4624404 . PMID 26121062.
^ Чэнь, Тяньхун; Ван, Сяо; Ализаде, Мохаммад Хоссейн; Рейнхард, Бьёрн М. (2017-04-10). «Мониторинг переходных взаимодействий наночастиц с липосомально-ограниченными плазмонными преобразователями». Микросистемы и наноинженерия . 3 : 16086. doi : 10.1038/micronano.2016.86. ISSN 2055-7434. PMC 5983364. PMID 29862126 .

[1] Фанстон, Элисон М.; Ново, Каролина; Дэвис, Тим Дж.; Малвани, Пол (2009-04-08). «Плазмонная связь золотых наностержней на коротких расстояниях и в различных геометриях». Nano Letters . 9 (4): 1651– 1658. Bibcode : 2009NanoL...9.1651F. doi : 10.1021/nl900034v. ISSN 1530-6984. PMID 19271775.

[2] Чен, Тяньхун; Пурманд, Махшид; Фейзпур, Амин; Кушман, Брэдфорд; Рейнхард, Бьёрн М. (2013-07-03). «Настройка плазмонной связи в самоорганизующихся одномерных цепях наночастиц Au посредством одновременного контроля размера и зазора». The Journal of Physical Chemistry Letters . 4 (13): 2147– 2152. doi : 10.1021/jz401066g. ISSN 1948-7185. PMC 3766581. PMID 24027605 .

[3] Jain, Prashant K.; Huang, Wenyu; El-Sayed, Mostafa A. (2007-07-01). «Об универсальном масштабном поведении распада плазмонной связи на расстоянии в парах металлических наночастиц: уравнение плазмонной линейки». Nano Letters . 7 (7): 2080– 2088. Bibcode :2007NanoL...7.2080J. doi :10.1021/nl071008a. ISSN 1530-6984.

[:0-4] Chen, Tianhong; Hong, Yan; Reinhard, Björn M. (2015-08-12). «Исследование жесткости ДНК с помощью оптического флуктуационного анализа плазмонных линеек». Nano Letters . 15 (8): 5349– 5357. Bibcode :2015NanoL..15.5349C. doi :10.1021/acs.nanolett.5b01725. ISSN 1530-6984. PMC 4624404 . PMID 26121062.

[5] Чэнь, Тяньхун; Ван, Сяо; Ализаде, Мохаммад Хоссейн; Рейнхард, Бьёрн М. (2017-04-10). «Мониторинг переходных взаимодействий наночастиц с липосомально-ограниченными плазмонными преобразователями». Микросистемы и наноинженерия . 3 : 16086. doi : 10.1038/micronano.2016.86. ISSN 2055-7434. PMC 5983364. PMID 29862126 .