Moléculas como interruptores para tecnologías sostenibles basadas en la luz
Un equipo de investigadores de la LMU identifica nuevos mecanismos de atenuación plasmónica
Las nanoestructuras metálicas pueden concentrar la luz hasta tal punto que pueden desencadenar reacciones químicas. Los protagonistas de este proceso son los plasmones, oscilaciones colectivas de electrones libres en el metal que concentran energía en volúmenes extremadamente pequeños. Un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances muestra la importancia de las moléculas adsorbidas para la rapidez con que estos plasmones pierden su energía.
El equipo dirigido por los nanofísicos de la LMU Andrei Stefancu y Emiliano Cortés identificó dos mecanismos fundamentalmente distintos de amortiguación química de la interfaz (CID), es decir, la amortiguación plasmónica causada por las moléculas adsorbidas. El mecanismo dominante depende de cómo se alineen los estados electrónicos de la molécula con los de la superficie metálica, en este caso el oro. Esta alineación se refleja incluso en la resistencia eléctrica del material.
Dos mecanismos identificados
En el primer mecanismo, la molécula absorbe la energía directamente y de forma resonante: si la energía del plasmón corresponde a un estado electrónico desocupado de la molécula, un electrón puede pasar inmediatamente a este estado. Este proceso es extremadamente rápido y depende en gran medida del color (energía) de la luz incidente.
El segundo mecanismo funciona sin esta excitación resonante. En su lugar, los electrones sufren una dispersión inelástica difusa en la interfaz entre la superficie de oro y la molécula. Esta dispersión hace que los plasmones pierdan energía y, al mismo tiempo, aumenta la resistencia eléctrica de corriente continua del oro. El estudio demuestra que este proceso de dispersión y la atenuación plasmónica están estrechamente relacionados.
Los resultados combinan dos fenómenos que antes se investigaban por separado: los efectos eléctricos de superficie y la transferencia de energía plasmónica. Demuestran que el flujo de energía entre la luz, el metal y las moléculas puede controlarse específicamente con sólo elegir las moléculas adsorbidas en la superficie. Esto abre nuevas posibilidades para la catálisis por luz, las tecnologías de sensores y los procesos químicos energéticamente eficientes.
El estudio ha sido posible gracias a una colaboración internacional con investigadores del Imperial College de Londres, la Universidad de La Laguna en Tenerife y la Universidad Rice, que han trabajado conjuntamente con el equipo de la LMU. Como subraya Emiliano Cortés: "Estos hallazgos demuestran que el flujo de energía en la nanoescala puede ajustarse específicamente mediante diseño molecular y abre nuevas posibilidades de transferencia tecnológica y aplicabilidad práctica. Se trata de un paso importante hacia procesos sostenibles que utilicen la luz solar para llevar a cabo reacciones químicas, incluida la producción de combustibles y productos químicos valiosos."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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