Die bemerkenswerten optischen Eigenschaften metallischer Nanopartikeln führen zur Verstärkung und Konzentration von Lichtfeldern und zu spektral selektiver Lichtstreuung. Hinter diesen Phänomenen stehen Plasmonen, kohärente Schwingungen der freien Elektronen im Metall. Für ein gegebenes Metall ist es die Geometrie der Nanopartikel, die die Farbe des Streulichts und die Stärke der Feldverstärkung bestimmt. Noch deutlicher wird die Rolle der Geometrie, wenn sich zwei oder mehrere Nanopartikeln nahekommen, wobei sich in den Lücken zwischen den Partikeln besonders starke Felder konzentrieren.
Daher war es eine Überraschung, als sich in den Messdaten einer Zusammenarbeit der Nanooptik Gruppe und des Theorieteams der Nano- and Quantenoptik (beide Universität Graz) mit der Université Paris Cité und der McMaster University (Hamilton, Kanada) eine Ausnahme von der Regel fand. Die Untersuchung galt stäbchenförmigen Nanopartikeln aus Gold, die ursprünglich in Lösung synthetisiert und an ihren Endflächen mit Molekülen mit nur einem Nanometer Länge zu Paaren gekoppelt wurden. Während somit der Abstand zwischen den Stäbchen durch die Moleküle bestimmt wurde, variierte von Paar zu Paar der Winkel zwischen den Stäbchenachsen statistisch. Jedoch zeigten hochaufgelöste Elektronenspektroskopiedaten von einzelnen auf einem Substrat abgeschiedenen Stäbchenpaaren keinerlei Einfluss dieses Winkels auf die Eigenschaften der Plasmonen.
Ironischerweise ist es die Form des einzelnen Nanostäbchens, die die Geometrie des Stäbchenpaars irrelevant macht, wie eine umfangreiche experimentelle Studie zusammen mit numerischen Simulationen ergab. Tatsächlich sind es die halbkugelförmige Endfläche der Stäbchen, die lokal praktisch idente Bedingungen und somit Plasmonenmoden für alle möglichen Stäbchenorientierungen liefert. Und das sind gute Nachrichten für die hochempfindliche molekulare Sensorik mit den starken plasmonischen Feldern in nanoskopischen Lücken zwischen Nanopartikeln, da Stäbchenpaare in großen Mengen und eben mit Lücken von nur einem Nanometer synthetisiert werden können. Ausnahmsweise ohne sich um die Geometrie kümmern zu müssen.
A. Hohenau, M. Bugnet, V. Kapetanovic, G. Radtke, G. A. Botton, N. Reichelt, U. Hohenester, J. R. Krenn, L. Boubekeur-Lecaque, N. Felidj, Binding angle robustness of plasmonic nanorod dimer resonances, Adv. Optical Mater. 2400929 (2024), doi.org/10.1002/adom.202400929