D3 Absorptions- und Emissionsspektroskopie

Thema

Die UV-Vis-Absorptionsspektroskopie, die erste der beiden in diesem Modell beschriebenen experimentellen Methoden, beleuchtet diese Suspension metallischer Nanopartikel mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und misst die Lichtabsorption der Probe bei jeder Wellenlänge. Ein ausgeprägtes Absorptionsmaximum bei einer spezifischen Wellenlänge zeigt die Oberflächenplasmonenresonanz dieser Nanopartikel an – die kollektive Schwingung ihrer Leitungselektronen, wie sie in einem anderen Modell dieser Anordnung beschrieben wird. Die Tatsache, dass diese metallischen Nanopartikel diese Oberflächenplasmonenresonanz aufweisen, bewirkt, dass sie bei derselben Resonanzwellenlänge deutlich mehr Licht absorbieren als das gleiche Metall in seiner massiven Form.

Die genaue Position dieses Oberflächenplasmonenresonanzmaximums im Spektrum ist nicht fix, sondern korreliert linear mit der Größe der Nanopartikel: Je größer die einzelnen metallischen Nanopartikel in der Probe sind, desto stärker verschiebt sich dieses Plasmonenmaximum zu längeren Wellenlängen. Die größere Größe der Nanopartikel führt zu einer annähernd linearen Verschiebung der Position des Plasmonenmaximums zu längeren Wellenlängen.

Die Photolumineszenz (PL), die zweite in diesem Modell beschriebene experimentelle Methode, beleuchtet eine Suspension von Halbleiter-Nanopartikeln mit Licht ausreichender Energie, um deren Elektronen anzuregen, und misst das Licht, das diese Nanopartikel nach ihrer Relaxation wieder emittieren. Die Energie dieses emittierten Lichts gibt direkt Aufschluss über die Bandlückenenergie der Nanopartikel. Die Photolumineszenz bestätigt experimentell, dass diese Bandlückenenergie von der Größe der einzelnen Nanopartikel abhängt, wie es ein anderes Modell dieser Gruppe durch Quanteneinschluss vorhersagt. Die geringere Größe der Halbleiter-Nanopartikel bedeutet, gemäß dem durch Photolumineszenz bestätigten Quanteneinschluss, dass die Bandlückenenergie höher ist und folglich auch das emittierte Licht eine höhere Energie aufweist.

Daher verwendet dieses Modell mit seinen anfänglichen UV-Vis-Spektroskopie- und Photolumineszenztechniken dasselbe sichtbare Licht. Obwohl die Auflösungsgrenze dieses Modells deutlich geringer ist als die der Elektronenmikroskopie, die ein anderes Modell dieser Gruppe beschreibt, kann es dennoch indirekt, aber mit hoher Empfindlichkeit sowohl die Größe als auch die elektronische Struktur dieser Nanopartikel über ihre Oberflächenplasmonenresonanz und Bandlückenenergie erfassen. Die Tatsache, dass diese Photolumineszenz experimentell die gleiche größenabhängige Bandlückenenergie bestätigt, die durch den Quanteneinschluss eines anderen Modells dieser Gruppe vorhergesagt wird, bedeutet, dass dasselbe Modell auch verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob dieser Quanteneinschluss intakt bleibt oder durch die thermische Koaleszenz, die von einem anderen Modell dieser Gruppe beschrieben wird, zerstört wurde.

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