Işığa duyarlı nanoparçacıklar, sensör teknolojisi ve enerji üretimi gibi birçok alanda umut verici uygulamalar sunmaktadır. Ancak bu uygulamaların hayata geçirilebilmesi için, bu parçacıklar içindeki süreçlerin anlaşılması ve kontrol edilmesi gerekmektedir. Plazmonlar, nanoparçacıklar içindeki enerjiyi taşıyan kolektif elektron hareketleridir ve bu parçacıkların davranışında önemli bir rol oynar.
Attosaniye (saniyenin milyarda birinin milyarda biri yani 10-18 saniye) ölçeğinde yapılan zaman çözünürlüklü deneyler, sistem boyutları bir nanometreden daha küçük ölçeklere indiğinde, bu plazmonlardaki elektronik korelasyonların öneminin arttığını ortaya koymuştur. Bu çalışma, Hamburg Üniversitesi ve DESY liderliğinde, Stanford, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Northwest Missouri State Üniversitesi, Politecnico di Milano ve Max Planck Madde Yapısı ve Dinamiği Enstitüsü (MPSD) işbirliğiyle yürütülmüş ve “Science Advances” dergisinde yayımlanmıştır.
Plazmonlar, maddedeki benzersiz etkilere yol açan kolektif elektronik uyarımlardır. Aşırı ışık sıkıştırması sağlayarak, verimli güneş enerjisi toplama, son derece hassas sensör teknolojisi ve gelişmiş fotokataliz gibi çığır açıcı uygulamalara olanak tanırlar. Nanometre ölçeğinde plazmonik yapıların küçültülmesi, optik enerjinin benzeri görülmemiş boyutlarda sıkıştırılıp yönlendirilebileceği heyecan verici nanoplazmonik alanının doğmasına yol açmıştır. DESY Attosaniye Bilimi Grubunun Başkanı, Hamburg Üniversitesi profesörü ve CUI (Gelişmiş Madde Görüntüleme) Mükemmeliyet Kümesi Sözcüsü Francesca Calegari, bu araştırma hakkında şöyle konuştu: “Yapılan en yeni teknolojik araştırmalar, ışık-madde etkileşimlerinin nanometre ölçeğinde ortaya çıkan kuantum etkilerinden yararlanılarak kontrol edilebildiği ve ultra kompakt, yüksek performanslı platformların geliştirilmesi için yeni yollar açıyor.”
Boyutları yaklaşık 10 nanometreye kadar olan sistemlerde plazmonik rezonansların özellikleri iyi anlaşılmış olsa da birkaç nanometre veya alt nanometre ölçeğindeki plazmonikler hakkındaki bilgi düzeyi sınırlıdır. Bu sistemlerde, karbon atomlarından oluşan kafes benzeri moleküller olan fullerenler (buckminster fulleren, buckyball) benzersiz bir durum sunar. Bu moleküller, aşırı morötesi (XUV) enerjilerde dev plazmonik rezonanslar sergiler ve bu rezonanslar fotoemisyonu tetikleyebilir. Bu rezonansların tayftaki çizgi genişlikleri son derece geniştir ve bu da potansiyel olarak attosaniye ömürleri olduğunu gösterir.
Bu sistemlerin son derece hızlı dinamikleri, alt nanometre plazmonik parçacıklardaki kolektif elektronik hareketi yöneten temel fiziksel mekanizmaları araştırmak için olağanüstü bir platform sunar. DESY araştırmacısı ve Leibniz Hannover Üniversitesi’nde doçent olan Andrea Trabattoni bu konuda şöyle demektedir:
“Bu mekanizmaların anlaşılması, nanoplazmonik alanının ilerlemesi için çok önemlidir.”
Bu bulgular, kuantum korelasyonlarının, özellikle sistem boyutları küçüldükçe, plazmonik süreçlerde baskın hale geldiğini göstermektedir. Bu, nanoteknoloji ve kuantum optiği alanlarında yeni uygulamaların önünü açabilir.
Çeviren: Berna Hanım Subaşı
Redaktör: Ali İmran Tüzün
Bilimsel Redaktör: Yasemin Poyraz Koçak
Kaynaklar
- Shubhadeep Biswas, Andrea Trabattoni, Philipp Rupp, Maia Magrakvelidze, Mohamed El-Amine Madjet, Umberto De Giovannini, Mattea C. Castrovilli, Mara Galli, Qingcao Liu, Erik P. Månsson, Johannes Schötz1, Vincent Wanie, Pawel Wnuk, Lorenzo Colaizzi, Daniele Mocci, Maurizio Reduzzi, Matteo Lucchini, Mauro Nisoli, Angel Rubio, Himadri S. Chakraborty, Matthias F. Kling, Francesca Calegari, Correlation-driven attosecond photoemission delay in the plasmonic excitation of C60 fullerene, Science Advances 11, eads0494 (2025), DOI: 10.1126/sciadv.ads0494
- https://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=3645&two_columns=0
- https://www.bilimup.com/2023-nobel-fizik-odulu-attosaniye-nedir
