Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dvě dotýkající se zlaté tyčky mohou být různě teplé, a to stabilně. Na první pohled to nedává příliš smysl. V nanoměřítku jsou věci tak blízko sebe, že když zkusíme zahřát jednu, energie se rozptýlí i do nejbližšího okolí, navíc budeme mít problém energii tak přesně vůbec zacílit. Přesto ale nějaké způsoby, jak řídit rozložení teplot, existují i v nanossvětě.
V ASC Nano nyní byla publikována studie popisující, jak pomocí laseru v blízkém infračerveném spektru selektivně ohřívat dvě zlaté nanotyčky vložené do glycerolu. Ty se přímo dotýkaly, byly spolu fyzicky propojené. Přesto vědci mezi nimi docílili rozdílu teplot až 20 stupňů (i na této škále má ještě pojem teploty dobrý smysl, tyčky byly dlouhé kolem 200 nanometrů, čili stále v nich byly řádově tisíce atomů). Změnou vlnové délky světla šlo obrátit, která z tyček bude teplejší – a to ačkoliv obě byly z téhož materiálu.
Chování elektronů ve zlatě umožňuje snadnou přeměnu dopadajícího světla na teplo. Nicméně v obou tyčkách probíhala přeměna různě, a to jen kvůli mírně se lišícím rozměrům. Tyčky dlouhé 150 nanometrů a 250 nanometrů měly každá jiné chování oscilací elektronů (plazmonová polarizace/rezonance), v důsledku čehož se každá zahřívala jinak a tento rozdíl nedokázala vyrovnat ani difúze tepla. Právě rozměry v nanometrech tedy umožnily příslušná kouzla s geometrií. Vše fungovalo bez ohledu na to, zda plazmony v obou tyčkách oscilovaly ve stejné nebo opačné fázi (poznámka PH: což se dělo náhodně, nebo jak toto vůbec funguje?).
Výzkumníci původně celé uspořádání navrhli jako model a analyzovali pomocí simulací, ale nakonec došlo i na experiment a skutečné (i když nepřímé) měření teplot. Posunem vlnové délky infračerveného laseru se dalo obrátit, zda bude teplejší delší nebo kratší tyčka, k dispozici je tedy i celkem jednoduchý přepínač.
Pro praktické využití jsou asi dvě zlaté tyčky málo, chtělo by dokázat teplotu řídit pro jejich celý klastr nebo rovinný povrch. Tímto způsobem by pak bylo možné v nanoměřítku provádět mj. přesné chemické reakce, které by probíhaly třeba v průtočných kanálcích s teplotním gradientem.
Ujjal Bhattacharjee et al, Active Far-Field Control of the Thermal Near-Field via Plasmon Hybridization, ACS Nano (2019). DOI: 10.1021/acsnano.9b04968
Zdroj: University of Washington/Phys.org
Poznámka: Plazmon je kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (Wikipeda)
Povrchové plazmonové polaritony (soubor PDF, bakalářská práce na VUT v Brně)
