كشف علماء من مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة نورث وسترن، من خلال تقنية المجهر الإلكتروني فائق السرعة، عن العملية الديناميكية للتذبذبات الإلكترونية المستحثة بالضوء في الأطراف النانوية المعدنية، وهي دراسة ذات قيمة كبيرة في مجالات مثل الاستشعار الحيوي، والحفز، وعلوم المعلومات الكمومية.
استخدم فريق البحث تقنية المجهر الإلكتروني فائق السرعة في مركز المواد النانوية بمختبر أرغون، لإجراء تحليل مرئي لأطراف نانوية بأشكال مختلفة مصنوعة من الذهب والبلاتين، ورصدوا التحول الزماني المكاني للتذبذبات الإلكترونية تحت تأثير نبضات الضوء. يتأثر سلوك التذبذب لهذه الأطراف النانوية المعدنية بشكلها وحجمها وتأثيرات الاقتران، مما يوفر طرقًا جديدة لنقل الطاقة وتعزيز المجال.
قال كوراي آيدين، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب بجامعة نورث وسترن والمؤلف الرئيسي المشارك: "من خلال التقاط تفاعل الضوء مع الهياكل النانوية في المكان والزمان، فتحنا نافذة جديدة على العالم النانوي. يكشف بحثنا كيفية استخدام شكل وترتيب الأطراف النانوية المعدنية للتحكم في تدفق الطاقة، مما يمهد الطريق لتقدم في مجالات الاستشعار، والحفز، وعلوم المعلومات الكمومية."
قام الفريق بتصنيع أطراف نانوية مثلثة وسداسية الشكل في جامعة نورث وسترن، واستخدم مجهرًا إلكترونيًا مستحثًا بالفوتونات لاستكشاف تفاعل الضوء مع المادة فيها، مع الجمع بين المحاكاة الحاسوبية لفهم أعمق لعلاقة البنية والوظيفة. وأشار هايهوا ليو، عالم المجهر الإلكتروني في مختبر أرغون الوطني والمؤلف الرئيسي المشارك: "تُظهر هذه الدراسة القدرة القوية للمجهر الإلكتروني فائق السرعة في الكشف عن الديناميكيات المعقدة للهياكل النانوية البلازمية. من خلال الجمع بين الأساليب التجريبية والحسابية، فهمنا بشكل شامل كيفية تفاعل هذه الأطراف النانوية مع الضوء، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم جيل جديد من تقنيات الاستشعار الحيوي والطاقة."
تمتلك الأطراف النانوية المعدنية إمكانات كبيرة في مجالي الاستشعار الحيوي والحفز، حيث يمكن لقدرتها على تضخيم المجال الكهربائي تطوير أدوات تشخيصية عالية الحساسية، وتحسين كفاءة التفاعلات الكيميائية. تساعد تأثيرات الاقتران البلازموني التي اكتشفها البحث في تصميم أنظمة أكثر تعقيدًا لجمع الطاقة والأجهزة النانوفوتونية، مما يدفع تطور التقنيات المدعومة بالضوء.
