Forschende der Universität Rostock am Zentrum für interdisziplinäre Elektronenmikroskopie MV (ELMI-MV) des Departments Leben, Licht und Materie haben in Zusammenarbeit mit dem Sonderforschungsbereich LiMatI einen verblüffenden Effekt in winzigen Silberkügelchen aufgedeckt.
Im Gleichtakt schwingende Elektronen (Plasmonen) in winzigen Nanoteilchen werden von ihrer Kohlenstoff-Unterlage - praktisch dem Schwebebalken, auf dem sie sich aufhalten - beeinflusst. Diese Plasmonenresonanzen haben die Forschenden mit hochauflösender Spektroskopie in Kombination mit Simulationsrechnungen bildlich dargestellt und in ihre Einzelmoden – die verschiedenen Tänze der schunkelnden Elektronen - zerlegt.
Entgegen der intuitiven Erwartung, dass der Einfluss der Unterlage mit wachsendem Abstand abnimmt, zeigte sich hier ein stärkerer Energieabfall genau dort, wo die Elektronenschwingung am weitesten vom Schwebebalken entfernt angeregt wird – ein nichtlokaler Effekt. Die Studien belegen, dass diese Anomalie aus der Geometrie der Plasmonenmoden und der durch die Unterlage gebrochenen Symmetrie resultiert.
Die Ergebnisse unterstreichen, dass für eine technische Anwendung solcher Nano-Resonatoren, z.B. als Lichtleiter auf einem Chip, die Wechselwirkung mit der Unterlage und die dadurch entstehende Modenaufspaltung berücksichtigt werden müssen.
Veröffentlichung:
Oldenburg, K., Meiwes-Broer, K.-H., und Barke, I.: Nonlocal substrate effect on supported silver clusters revealed by lifted plasmon degeneracy, Phys. Rev. Research, 7, 023267 (2025).
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.023267