Les molécules comme interrupteurs pour des technologies durables alimentées par la lumière
Une équipe de chercheurs de la LMU identifie de nouveaux mécanismes d'amortissement plasmonique
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Les nanostructures métalliques peuvent concentrer la lumière à un point tel qu'elles peuvent déclencher des réactions chimiques. Les acteurs centraux de ce processus sont les plasmons - des oscillations collectives d'électrons libres dans le métal qui concentrent l'énergie sur des volumes extrêmement petits. Une nouvelle étude, publiée dans la revue Science Advances, montre à quel point les molécules adsorbées sont déterminantes pour la vitesse à laquelle ces plasmons perdent leur énergie.
L'équipe dirigée par les nanophysiciens de la LMU, le Dr Andrei Stefancu et le professeur Emiliano Cortés, a identifié deux mécanismes fondamentalement différents de ce que l'on appelle le "chemical interface damping" (CID), c'est-à-dire l'amortissement plasmonique provoqué par les molécules adsorbées. Le mécanisme dominant dépend de la manière dont les états électroniques de la molécule sont alignés avec ceux de la surface métallique - dans ce cas, l'or. Cet alignement se reflète même dans la résistance électrique du matériau.
Deux mécanismes identifiés
Dans le premier mécanisme, la molécule absorbe l'énergie directement et de manière résonante : si l'énergie plasmonique correspond à un état électronique inoccupé de la molécule, un électron peut passer immédiatement à cet état. Ce processus est extrêmement rapide et dépend fortement de la couleur (énergie) de la lumière incidente.
Le deuxième mécanisme fonctionne sans une telle excitation résonante. Au lieu de cela, les électrons subissent une diffusion diffuse et inélastique à l'interface entre la surface de l'or et la molécule. Cette diffusion entraîne une perte d'énergie des plasmons - et augmente en même temps la résistance électrique en courant continu de l'or. L'étude montre que ce processus de diffusion et l'amortissement plasmonique sont étroitement liés.
Les résultats relient deux phénomènes qui ont été étudiés séparément jusqu'à présent : les effets électriques de surface et le transfert d'énergie plasmonique. Ils montrent que le flux d'énergie entre la lumière, le métal et les molécules peut être contrôlé de manière ciblée, rien que par le choix des molécules adsorbées sur la surface. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour la catalyse guidée par la lumière, les technologies de détection et les processus chimiques à faible consommation d'énergie.
L'étude a été rendue possible grâce à une collaboration internationale avec des chercheurs de l'Imperial College London, de l'Universidad de La Laguna à Tenerife et de la Rice University, qui ont travaillé avec l'équipe de la LMU. Comme le souligne Emiliano Cortés : "Ces découvertes montrent que le flux d'énergie à l'échelle nanométrique peut être ajusté de manière ciblée grâce au design moléculaire et ouvre de nouvelles possibilités de transfert de technologie et d'application pratique. C'est un pas important vers des processus durables qui utilisent la lumière du soleil pour réaliser des réactions chimiques, y compris la production de carburants et de produits chimiques précieux".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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