Plasmon är en kvasipartikel som härrör från kvantisering av svängningar i ett plasma eller i en metallpartikel. Exciton är ett av elektrostatisk kraft bundet tillstånd som utgörs av en elektron och ett hål. Det är partiklarna – de så kallade plexcitonerna – som uppstår i det ytterst intrikata samspelet mellan plasmoner och excitoner som forskare vid Lunds universitet och Izmir Institute of Technology nu gått till botten med. Plexcitoner uppstår i hybrida nanoskalmaterial och är gjorda av halvmateria och halvljus. Trots att forskarvärlden under ett tiotal år försökt förstå dem bättre har den gått bet. Men i den nya studien, som presenteras i den vetenskapliga tidskriften Chem, kan det svensk-turkiska forskarlaget visa upp häpnadsväckande resultat.
– Vi har studerat plexcitonernas innersta väsen hela vägen från absorption av fotoner tills dess energi skingras som värme, säger Donatas Zigmantas, kemiprofessor vid Lunds universitet.
Avancerat experiment
Tillsammans med sin forskarkollega Daniel Finkelstein-Shapiro, försteförfattare till studien och numera universitetslektor vid National Autonomous University of Mexico, genomförde Zigmantas ett mycket avancerat experiment i Lund och lyckades sedan kartlägga en rad av plexcitonernas unika egenskaper.
– Plexcitonerna är mycket intressanta eftersom de besitter egenskaper som varken molekyler eller halvledare har. En ökad förståelse kommer att underlätta för framtida forskare att manipulera dem och ta vara på dess energi under långa tidsrymder, säger Daniel Finkelstein-Shapiro.
Effektiv energianvändning
Plexcitoner har föreslagits som framtidens material för bland annat kvantinformation, fotokatalys och fotonik i nanoskala. En ökad förståelse för vad som händer när plexcitonpartiklarna absorberar fotoner underlättar utvecklandet av helt nya applikationer.
– Det är svårt att sia om vad framtiden har i sitt sköte. Men vi måste använda vår energi på ett effektivare sätt. Och vi hoppas så klart att de här plexcitonerna kan utnyttjas till applikationer som kan hjälpa världen att uppnå de hållbarhetsmål som satts upp av FN, säger Donatas Zigmantas.
Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Chem: Understanding radiative transitions and relaxation pathways in plexcitions