Vibrational Damping of individual nano-objects
Amortissement vibrationnel de nano-objets individuels
July 2018
Juillet 2018
Metal nanoparticles present high vibrational frequencies sensitive to matter deposition at their surface, very favorable for using them as nanobalances. They however suffer from a major drawback, namely low vibrational quality factors (i.e., the number of oscillations that they perform once excited, before relaxation). This limit mainly results from the fact that the vibrations of a nanoparticle do not remain confined in it, but progressively propagate towards its surroundings.
The aim of ILM researchers (Fabio Medeghini, Aurélien Crut, Paolo Maioli, Fabrice Vallée and Natalia Del Fatti from the FemtoNanoOptics team, with colleagues from Brescia and Pisa) was to determine the effect of nano-object morphology on this phenomenon. To do so, they performed time-resolved optical experiments on single lithographed gold nanodisks with different diameters. They could demonstrate – both experimentally and numerically – that their vibrational quality factors strongly depend on their diameter. In particular, much longer vibrations occur for some specific diameters, a situation interesting both for developing nanobalance applications and for quantifying the internal sources of vibrational damping.
Les nanoparticules métalliques présentent des fréquences vibrationnelles élevées et sensibles au dépôt de matière à leur surface, très favorables à leur utilisation comme nanobalances. Elles souffrent toutefois d’un important défaut, à savoir des facteurs de qualité vibrationnels (c’est-à-dire le nombre d’oscillations qu’elles effectuent une fois excitées, avant leur retour à l’équilibre) faibles. Cette limitation résulte principalement du fait que les vibrations d’une nanoparticule ne restent pas confinées dans celle-ci, mais se propagent progressivement vers son environnement.
Les chercheurs de l’iLM (Fabio Medeghini, Aurélien Crut, Paolo Maioli, Fabrice Vallée et Natalia Del Fatti de équipe FemtoNanoOptics, en collaboration avec des collègues de Brescia et Pise) ont voulu déterminer l’effet de la forme des nano-objets sur ce phénomène. Ils ont pour cela réalisé des expériences optiques résolues en temps sur des nanodisques d’or lithographiés individuels de différents diamètres. Ils ont pu démontrer - à la fois expérimentalement et numériquement - que leurs facteurs de qualité vibrationnels varient fortement avec leur diamètre. En particulier, des vibrations beaucoup plus longues sont obtenues pour certains diamètres spécifiques, une situation très intéressante à la fois pour développer des applications de type nanobalances et pour quantifier les sources internes d’amortissement vibrationnel.
Further information:
Pour en savoir plus :
F. Medeghini, A. Crut, M. Gandolfi, F. Rossella, P. Maioli, F. Vallée, F. Banfi and N. Del Fatti
"Controlling the Quality Factor of a Single Acoustic Nanoresonator by Tuning its Morphology"