Das Phänomen der Oberflächenplasmonresonanz

Treffen Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge auf Metalle können sie unter Umständen (wenn alle Komponenten des Photonen-Wellenvektors gleich denen des Oberflächenplasmons sind) mit dem Fermigas koppeln und so ihre Energie abgeben. Dabei kommt es zur Auslenkung oberflächennaher Elektronen, gleichzeitig liegt durch die anziehenden Kräfte der Atomrümpfe eine rücktreibende Kraft vor, sodass es zu einer kollektiven Schwingung der Elektronen relativ zu den Atomrümpfen kommt, dem sog. Oberflächenplasmon. [a, 1]

Bei Nanopartikeln (NPs) kommt es aufgrund ihrer geringen Größe zu einer Verschiebung der Wellenlänge. Je kleiner ein Partikel wird, desto größer wird das Oberfläche-zu-Ladungs-Verhältnis während der Schwingung und somit auch die rücktreibende Kraft, sodass mehr Energie für die Anregung des Oberflächenplasmons benötigt wird. Bei Nanopartikeln der Metalle Kupfer, Silber und Gold liegt die Anregungsenergie für die Plasmon-Resonanz im Bereich sichtbaren Lichtes, was zu der charakteristischen Färbung der dispergierten NPs führt. Liegen sphärische, circa 3nm große Gold-Nanopartikel vor, so liegt die Wellenlänge der oberflächenplasmonen-resonanten Strahlung bei circa 520 nm. Die Partikel erscheinen rot. Wird die Partikelgröße erhöht, verschiebt sich die Plasmonenresonanz zu größeren Wellenlängen, daher ist kolloidales Gold, welches blau erscheint (also orange-farbenes Licht absorbiert), größer als kolloidales Gold, das rot erscheinen (also grünes Licht absorbiert). [1]

Anmerkungen

[a] Oberflächenplasmonen sind die Schwingungen von Elektronen in der Oberfläche eines Metalls (genauer gesagt im Fermigas von Metallen) relativ zu den Atomrümpfen.

Einzelnachweise

[1] S. K. Ghosh, T. Pal, Chemical Reviews 2007, 107, 4797–4862.


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