Исследователи из Международного центра физики Доности (DIPC) и Центра физики материалов в Donostia-San Sebastián (CFM) впервые наблюдали с помощью оптических методов квантовый режим взаимодействия между наноразмерными сферами золота. Этот квантовый режим был идентифицирован благодаря изменению цвета щели или пустого пространства между этими частицами, когда они находятся на расстояниях менее одного нанометра. Эта работа, опубликованная в журнале Nature, позволяет буквально «видеть» квантовый поцелуй между наночастицами.
Разрыв между двумя противоположными наносферами золота может изменить его цвет, когда расстояние между ними составляет менее одного нанометра, согласно недавним исследованиям, проводимым совместно исследователями из DIPC и CFM (совместный центр между CSIC [Spanish Scientific Research Совет] и UPV / EHU [Университет Страны Басков]), которые базируются в баскском городе Доностия-Сан-Себастьян и в сотрудничестве с исследователями из университетов Кембриджа и Парижа-Суда. Эта работа, опубликованная в Природе, подтвердила, что электроны, накопленные на золотых стенках вокруг освещенного промежутка между сферами, могут «прыгать» от одного к другому, благодаря туннельному эффекту, тем самым уменьшая накопленный заряд на поверхности каждой из этих сфер и измените цвет зазора от красного до синего (blueshifting).
Эта работа позволяет буквально «видеть» эффекты квантовой механики и показывает, как свет взаимодействует с веществом в размерах субнанометра. Изменение цвета зазора – это «хроматический отпечаток», который идентифицирует начало квантового режима в нем – эффект, который предсказал теоретическая команда доктора Айзпуруа, ведущего исследователя в Доностии, и теперь полностью идентифицируется как результат этого исследования. С этой целью очень сложные эксперименты были объединены с очень продвинутыми теориями.
Когда две металлические сферы с достаточно малым расстоянием между ними освещены белым светом, эта щель приобретает цвет благодаря взаимодействию электронов на поверхности сфер со светом. Пучок света «толкает» электроны и заставляет их осциллировать, что придает краю красный цвет. По мере приближения сфер заряд электрона увеличивается, и этот красный цвет усиливается. Когда расстояние между ними уменьшено до 0,35 нанометра, можно заметить, что это накопление заряда падает из-за эффекта туннеля и благодаря которому электроны могут перепрыгивать с одного шара в другой без соприкосновения сфер друг с другом , Как предсказала квантовая теория, разработанная исследовательскими группами в Доности и Париже, можно идентифицировать этот квантовый электронный скачок, учитывая, что по мере того, как накопленный заряд падает, красный цвет щели меняется на синий.
Экспериментальный руководитель группы и исследователь университета Кембриджа, профессор Джереми Баумберг сравнивает это сокращение с напряжением, освобожденным от поцелуя. «Мы думаем об этом, как о нарастании напряженности между романтической парой. Когда их лица становятся ближе, напряжение поднимается, и только поцелуй разряжает эту энергию ». В этом случае, однако, наносистемы золота, приближающиеся друг к другу, создают виртуальный поцелуй, поскольку они никогда не касаются, освобождая заряд на их поверхности и изменяя цвет промежутка между ними. Как говорит профессор Баумберг, «это практически похоже на поцелуи, без губ, которые действительно касаются».
Экспериментальная команда в Кембридже объяснила: «Согласование двух золотых наночастиц напоминает закрытие глаз и попытку удерживать две иглы пальцами любой руки, чтобы точки каждой иглы касались друг друга. Достижение этого означало годы напряженной работы ».
Хавьер Айзпуруа отметил, что для предсказания изменений цвета, подтвержденных в этом эксперименте, необходимо «слияние квантового зрения с классическим видением мира». «Моделирование стольких электронов, колеблющихся внутри частиц золота в ответ на пучок света, невозможно описать существующими теориями», – заверил исследователь CSIC и DIPC.
Этот новый результат устанавливает фундаментальный квантовый предел для минимальных размеров, в пределах которых мы можем улавливать свет. Более того, эта переинтерпретация взаимодействия между светом и веществом в субнатомном масштабе могла бы дать новые способы описания и измерения мира атомного масштаба и открыть двери для новых стратегий для производства еще более мелких оптоэлектрических технологических устройств и доступа к новым пределам в фотохимии.”