I. Hiệu ứng plasmon bề mặt và hạt nano vàng
Hiệu ứng plasmon bề mặt là hiện tượng dao động tập thể của các điện tử tự do trên bề mặt kim loại khi được kích thích bởi ánh sáng. Đối với hạt nano vàng, hiệu ứng này xảy ra mạnh mẽ do tính chất quang học đặc biệt của vàng trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Hạt nano vàng có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng mạnh, tạo ra các plasmon bề mặt cộng hưởng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất quang học của các chất màu hữu cơ, đặc biệt là huỳnh quang.
1.1. Cơ chế hình thành plasmon bề mặt
Khi ánh sáng chiếu tới hạt nano vàng, điện trường của ánh sáng kích thích các điện tử tự do trên bề mặt, tạo ra dao động lưỡng cực. Dao động này được gọi là plasmon bề mặt. Tần số cộng hưởng của plasmon phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của hạt nano vàng. Sự cộng hưởng này làm tăng cường điện trường xung quanh hạt nano, ảnh hưởng đến các phân tử chất màu hữu cơ lân cận.
1.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano vàng
Kích thước của hạt nano vàng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tần số cộng hưởng của plasmon bề mặt. Các hạt nano có kích thước khác nhau sẽ có phổ hấp thụ và tán xạ ánh sáng khác nhau. Điều này ảnh hưởng đến cường độ và bước sóng của huỳnh quang phát ra từ chất màu hữu cơ khi tương tác với hạt nano vàng.
II. Tương tác giữa hạt nano vàng và chất màu hữu cơ
Sự tương tác giữa hạt nano vàng và chất màu hữu cơ được nghiên cứu thông qua hiệu ứng plasmon bề mặt. Hiệu ứng này có thể làm tăng cường hoặc dập tắt huỳnh quang của chất màu hữu cơ, tùy thuộc vào khoảng cách và cấu hình quang học giữa chúng. Chất màu hữu cơ như RhB và Rh6G thường được sử dụng để nghiên cứu hiệu ứng này do tính chất huỳnh quang mạnh và ổn định.
2.1. Tăng cường huỳnh quang
Khi hạt nano vàng nằm gần chất màu hữu cơ, điện trường mạnh do plasmon bề mặt tạo ra có thể làm tăng tốc độ kích thích và phát xạ huỳnh quang. Hiện tượng này được gọi là tăng cường huỳnh quang (MEF). Hiệu suất lượng tử của chất màu hữu cơ cũng được cải thiện đáng kể nhờ hiệu ứng này.
2.2. Dập tắt huỳnh quang
Ngược lại, khi hạt nano vàng quá gần chất màu hữu cơ, hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng (FRET) có thể xảy ra, dẫn đến sự dập tắt huỳnh quang. Hiện tượng này xảy ra do năng lượng từ chất màu hữu cơ được truyền sang hạt nano vàng thay vì phát ra dưới dạng ánh sáng.
III. Ứng dụng thực tiễn của hiệu ứng plasmon bề mặt
Hiệu ứng plasmon bề mặt của hạt nano vàng không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu cơ bản mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các ứng dụng này bao gồm cảm biến sinh học, thiết bị quang tử và kỹ thuật hình ảnh y sinh. Chất màu hữu cơ được tăng cường huỳnh quang nhờ hạt nano vàng có thể được sử dụng để phát hiện các phân tử sinh học với độ nhạy cao.
3.1. Cảm biến sinh học
Nhờ khả năng tăng cường huỳnh quang, hạt nano vàng được sử dụng trong các cảm biến sinh học để phát hiện các phân tử mục tiêu. Hiệu ứng plasmon bề mặt giúp tăng độ nhạy và độ chính xác của các phép đo sinh học.
3.2. Thiết bị quang tử
Hiệu ứng plasmon bề mặt cũng được ứng dụng trong các thiết bị quang tử, nơi ánh sáng được kiểm soát ở quy mô nano. Hạt nano vàng có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc quang học nhỏ gọn và hiệu quả, phục vụ cho các ứng dụng trong công nghệ thông tin và truyền thông.
