Gdy cząsteczka spotyka foton
Skupiając promienie słoneczne szkłem powiększającym, można zapalić papier. Z kolei dzięki kablom światłowodowym możemy prowadzić światło w sposób pozwalający przesyłać informacje na duże odległości. Ciągły rozwój oprzyrządowania i technik doświadczalnych otworzył okno na świat kwantowy, co będzie mieć doniosłe konsekwencje zarówno dla badań interakcji między światłem a materią, jak i wielu innych dziedzin badań. Niedawno odkryto, że interakcje światła z nanocząsteczkami metali mogą indukować kolektywne oscylacje elektronów zwane zlokalizowanymi powierzchniowymi rezonansami plazmonowymi (LSPR). Finansowany ze środków UE projekt "Single-molecule spectroscopy in the near field of plasmonic metal nanoparticles" (1MOLECULENEARPLASMON) stworzono w celu położenia podwalin pod techniki manipulowania pojedynczymi fotonami za pomocą pojedynczych cząsteczek. Prace skoncentrowano na implementowaniu spektroskopii pojedynczych cząsteczek z użyciem specjalnych nanomateriałów (materiałów plazmonowych) wykorzystujących fale elektromagnetyczne generowane poprzez sprzężenie z padającym światłem. Badacze zaprojektowali i zbudowali aparaturę niezbędną do obserwowania modyfikacji sprzężenia anteny plazmonowej z pojedynczymi cząsteczkami w ciele stałym w temperaturach kriogenicznych. Doświadczenia w temperaturach kriogenicznych są technicznie trudne, ale prowadzenie podobnych badań w temperaturze pokojowej natrafia na liczne ograniczenia. W temperaturze pokojowej pomiary sprzężeń są znacznie trudniejsze i mniej dokładne za sprawą niestabilności cząsteczek w tak wysokiej temperaturze. Na przykład w temperaturze pokojowej każda antena może wchodzić w interakcje tylko z jedną cząsteczką, podczas gdy w temperaturach kriogenicznych jest to wiele cząsteczek, co pozwala porównywać wpływ anteny w różnych pozycjach. Dodatkowo w niskich temperaturach tłumiony jest efekt fotowybielania, dzięki czemu zachowywane są wyraźne właściwości optyczne. W krótkim, dwuletnim okresie prac projektu 1MOLECULENEARPLASMON badacze stworzyli niezbędną zaawansowaną aparaturę do kriogenicznej spektroskopii pojedynczych cząsteczek oraz wybrali układ gospodarz-gość i najbardziej obiecującą nanoantenę. Przeprowadzono wstępne doświadczenia spektroskopowe. Dalsze badania powinny przynieść pionierskie wyniki w dziedzinie plazmoniki i anten optycznych do zwiększania wydajności interakcji między światłem a materią.
