E5 Propriétés optiques : Plasmon de surface

Topique

L'incidence de la lumière visible sur cette nanoparticule métallique induit une oscillation collective de ses électrons de conduction. Le champ électrique oscillant de cette même lumière visible entraîne un mouvement de va-et-vient de ces électrons à la surface de la nanoparticule. Ils s'éloignent périodiquement des ions positifs du réseau cristallin qu'ils laissent derrière eux, puis sont ramenés vers eux par la force électrostatique générée par ce mouvement. Plus l'intensité de la lumière visible frappant la nanoparticule est élevée, plus cette oscillation collective des électrons de conduction est marquée.

Cette même oscillation collective entre en résonance avec la lumière visible, formant ainsi le plasmon de surface de la nanoparticule, lorsque la fréquence de la lumière visible incidente coïncide avec la fréquence propre de cette oscillation, conformément à la condition de résonance de Fröhlich. Cette condition détermine la fréquence propre en fonction de la constante diélectrique du métal et de celle du milieu environnant. Une constante diélectrique différente dans le milieu environnant implique, selon la même condition de résonance de Fröhlich, que la fréquence de ce plasmon de surface sera également différente.

Par conséquent, ce modèle, avec l'oscillation collective des électrons de conduction et le plasmon de surface qui l'a permis d'établir, détermine la couleur observée de cette suspension colloïdale par le biais de la section efficace d'extinction décrite, dans son approximation dipolaire, par la théorie de Mie : cette section efficace d'extinction est maximale précisément à la fréquence de ce plasmon de surface, et c'est cette même fréquence d'extinction maximale qui détermine quelle couleur de la lumière visible incidente est majoritairement absorbée ou diffusée par cette nanoparticule métallique, et par conséquent, quelle couleur est observée à l'œil nu dans cette suspension colloïdale. Le fait que ce plasmon de surface, dont la fréquence est déjà établie par cette condition de résonance de Fröhlich, soit détecté expérimentalement par un autre modèle de cet ensemble — celui qui enregistre, par spectroscopie UV-Vis, le décalage de ce même pic plasmonique en fonction de la taille de cette nanoparticule — signifie que ce modèle confirme directement à la fois l'existence de ce plasmon de surface et sa dépendance à la taille.

ID:4454