برخوردهای ارتعاشی – پلاریتونهای فونون با مولکولها روبرو می شوند


تصویر نانو تصویر از ارتعاشات مولکولهای مرتبط با پلاریتونهای فونون (موج آبی) در یک لایه نازک از نیترید بور اعتبار: Scixel.

محققان CIC nanoGUNE BRTA (سن سباستین ، اسپانیا) ، با همکاری مرکز فیزیک بین المللی دونوستیا (سن سباستین ، اسپانیا) و دانشگاه اوویدو (اسپانیا) از تکنیک های نانو تصویری طیفی برای مطالعه نحوه نانو نور مادون قرمز – به شکل پلاریتونها – و ارتعاشات مولکولی با یکدیگر تعامل دارند.

تصاویر نشان می دهد که می توان به یک پیوند ارتعاشی قوی دست یافت ، که اخیراً توجه گسترده ای را برای استفاده بالقوه آن برای کنترل خصوصیات اصلی فیزیکی و شیمیایی مواد جلب کرده است. نتیجه می تواند منجر به ایجاد یک بستر جدید برای شناسایی شیمیایی مقادیر کمی از مولکول ها و بررسی جنبه های اصلی پدیده های اتصال قوی در مقیاس نانومتر شود. این اثر در فوتونیک طبیعت.

نور با کاربردهایی از ارتباط سریع نوری تا تشخیص پزشکی و جراحی لیزر ، در علم و فناوری مدرن نقش اساسی دارد. در بسیاری از این کاربردها ، برهم کنش نور با ماده ضروری است.

در فرکانس های مادون قرمز ، نور می تواند از طریق ارتعاشاتی که در فرکانس های خاص مولکول رخ می دهد با مولکولها ارتباط برقرار کند. به همین دلیل ، مواد مولکولی را می توان با اندازه گیری طیف بازتاب یا انتقال مادون قرمز آنها شناسایی کرد. این روش که اغلب طیف سنجی اثر انگشت مادون قرمز نامیده می شود ، به طور گسترده ای برای تجزیه و تحلیل مواد شیمیایی ، بیولوژیکی و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

اخیراً مشخص شده است که فعل و انفعال بین نور مادون قرمز و ارتعاشات مولکولی می تواند آنقدر شدید باشد که در نهایت خصوصیات ماده مانند رسانایی و واکنش شیمیایی اصلاح شود. این اثر – که پیوند قوی لرزشی نامیده می شود – می تواند هنگامی اتفاق بیفتد که مواد در یک ریزحفره قرار بگیرند (معمولاً توسط آینه های جدا شده با فاصله های میکرومتر تشکیل می شوند) که در آن نور متمرکز شده است.

قدرت فعل و انفعال بین نور و ماده به شدت به میزان ماده بستگی دارد. بنابراین ، هنگامی که تعداد مولکول ها کاهش می یابد ، فعل و انفعال ضعیف می شود و باعث استفاده از طیف سنجی مادون قرمز می شود و در نهایت از دستیابی به اتصال شدید ارتعاشی جلوگیری می کند. با غلظت نور در حفره های نانو یا فشرده سازی طول موج ، که منجر به محدودیت نور می شود ، می توان این مشکل را برطرف کرد.

“فشرده سازی شدید نور مادون قرمز به ویژه می تواند با اتصال آن به ارتعاشات شبکه ای (فونون ها) از لایه های نازک بلورهای قطبی با کیفیت بالا حاصل شود. این اتصال منجر به تشکیل امواج مادون قرمز می شود – به اصطلاح پلاریتون های فونون – که در امتداد کریستال منتشر می شوند لایه ای با طول موج که می تواند بیش از ده برابر کوچکتر از موج نوری مربوطه در فضای آزاد باشد »، – می گوید آندره بیلینکین ، اولین نویسنده اثر.

محققان اکنون رابطه بین ارتعاشات مولکول ها و قطب های تکثیر یافته فونون را مطالعه کرده اند. ابتدا لایه نازکی از نیترید بور شش ضلعی (ضخامت کمتر از 100 نانومتر) را روی مولکول های آلی قرار دادند. نیترید بور شش ضلعی یک کریستال واندروالس است که می توان با لایه برداری لایه های نازک با کیفیت بالا را از آن بدست آورد. پس از آن لازم بود که پلاریتونهای فونون در لایه نازک نیترید بور تولید شود. آندره بالینکین می گوید: “این فقط با روشن کردن نور مادون قرمز روی لایه نیترید بور حاصل نمی شود ، زیرا نبض نور بسیار کوچکتر از نبض پلاریتونهای فونون است.”

مشکل عدم تطابق پالس با کمک نوک فلزی نوک تیز میکروسکوپ اسکن در نزدیکی میدان حل شد ، که به عنوان یک آنتن برای نور مادون قرمز عمل می کند و آن را به یک نقطه مادون قرمز در مقیاس نانو در نوک متمرکز می کند ، که ضربان لازم برای تولید پلاریتون های فونون را فراهم می کند. . میکروسکوپ نیز نقش مهم دوم را بازی می کند. راینر هیلن براند ، رهبر این مطالعه ، گفت: “این به ما اجازه می دهد پلاریتون های فونون پخش شده در امتداد نیترید بور را در اثر تعامل با مولكول های آلی در نزدیك ترسیم كنیم.” وی افزود: “به این ترتیب ، ما می توانیم در فضای واقعی مشاهده كنیم كه چگونه پلاریتونهای فونون به ارتعاشات مولكولی متصل می شوند ، بنابراین پلاریتونهای هیبریدی ایجاد می شوند”

مجموعه تصاویر ضبط شده در فرکانسهای مختلف مادون قرمز در اطراف رزونانس ارتعاشات مولکولی جنبه های اساسی مختلف را نشان می دهد. قطبشهای ترکیبی در فرکانس ارتعاشات مولکولی بسیار ضعیف می شوند ، که ممکن است برای کاربردهای آینده حسگرهای تراشه جالب باشد. تصاویر با وضوح طیفی همچنین نشان می دهد که امواج با سرعت یک گروه منفی منتشر می شوند و از همه مهمتر ، اتصال بین قطب های فونون و ارتعاشات مولکولی به قدری قوی است که در حالت اتصال قوی ارتعاشی قرار می گیرد.

الکسی نیکیتین می گوید: “با کمک محاسبات الکترومغناطیسی ، ما می توانیم نتایج آزمایشی خود را تأیید کنیم و بیشتر پیش بینی کنیم که حتی بین چندین لایه اتمی نیترید بور و مولکول ها یک پیوند قوی ممکن است.”

امکان اتصال شدید ارتعاشی در مقیاس نانومتری شدید می تواند در آینده برای توسعه دستگاه های طیف سنجی حساسیت بیش از حد یا بررسی جنبه های کوانتومی اتصال شدید ارتعاشی که تاکنون در دسترس نبوده است ، مورد استفاده قرار گیرد.


Phonon SEIRA – افزایش فعل و انفعالات بین مولکول های نور از طریق ارتعاشات شبکه های بلوری


اطلاعات بیشتر:
آندری بیلینکین و همکاران مشاهده در فضای واقعی اتصال قوی ارتعاشی بین پلاریتونهای فونون تکثیر و مولکولهای آلی. فوتونیک طبیعت. DOI: 10.1038 / s41566-020-00725-3

تهیه شده توسط بنیاد الهویه

نقل قول: برخوردهای ارتعاشی – برخورد پولاریتون های فونون با مولکول ها (2020 ، 23 نوامبر) در 23 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-vibrational-encountersphonon-polaritons-molecules.html استخراج شده

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*