Ultrafast optical response of a gold nanodisk
Réponse optique ultrarapide d’un nanodisque d’or
October 2021
Octobre 2021
The FemtoNanoOptics group, with a colleague from Pisa, published an article entitled "Electron and lattice heating contributions to the transient optical response of a single plasmonic nano-object" in the Journal of Physical Chemistry C.
The sudden absorption of light by a metal nanoparticle places it in out of equilibrium states, where the nanoparticle electrons can have a temperature rise much greater than that of its crystalline lattice. The internal thermalization of the nanoparticle takes place over durations of the order of the picosecond (10-12 s), via electron-lattice energy exchanges which progressively uniformize the temperatures of these two systems and can be followed through the transient modifications of the optical response of the nanoparticle that they induce.
The FemtoNanoOptics group studied these phenomena at the individual nanoparticle scale, performing time-resolved optical spectroscopy experiments on gold nanodisks. These experimental works were supplemented by theoretical models allowing to specify the contributions of electron and lattice heating to the measured signals. The researchers have demonstrated the possibility of selectively probing the electron or lattice dynamics by using specific wavelengths. The heating (by the excitation laser) and cooling of electrons, or the heating of the crystalline lattice (by electron energy transfer) could thus be selectively measured.
Les chercheurs de l'équipe FemtoNanoOptics, en collaboration avec un collègue de Pise, ont publié un article intitulé "Electron and lattice heating contributions to the transient optical response of a single plasmonic nano-object" dans la revue Journal of Physical Chemistry C.
L’absorption soudaine de lumière par une nanoparticule métallique place celle-ci dans des états hors d’équilibre, où les électrons de la nanoparticule peuvent présenter une élévation de température bien supérieure à celle de son réseau cristallin. La thermalisation interne de la nanoparticule a lieu sur des durées de l’ordre de la picoseconde (10-12 s), via des échanges d’énergie électron-réseau qui uniformisent progressivement les températures de ces deux systèmes et peuvent être suivis à travers les modifications transitoires qu’ils induisent sur la réponse optique de la nanoparticule.
Les chercheurs de l’ILM ont étudié ces phénomènes à l’échelle d’une nanoparticule individuelle, en réalisant des expériences de spectroscopie optique résolue en temps sur des nanodisques d’or. Ces travaux expérimentaux ont été complétés par des modélisations théoriques permettant de préciser les contributions des échauffements des électrons et du réseau aux signaux mesurés. Les chercheurs ont démontré qu’il était possible de sonder sélectivement la dynamique des électrons ou celle du réseau cristallin, en utilisant certaines longueurs d’onde spécifiques. L’échauffement des électrons (par le laser d’excitation) puis leur refroidissement, ou l’échauffement du réseau cristallin (par transfert d’énergie des électrons), ont ainsi pu être sélectivement mesurés.
Further information:
Pour en savoir plus :
R. Rouxel, M. Diego, P. Maioli, N. Lascoux, F. Vialla, F. Rossella, F. Banfi, F. Vallée, N. Del Fatti and A. Crut
"Electron and Lattice Heating Contributions to the Transient Optical Response of a Single Plasmonic Nano-Object"
Journal of Physical Chemistry C 125, 23275 (2021)