طيف امتصاص الضوء لجزيئات الذهب النانوية

تم قياس طيف امتصاص الضوء لسلسلة من جزيئات الذهب النانوية، وهي كتل كريستالية من الذهب تم تمريرها بواسطة طبقة رقيقة مضغوطة من n-alkylthiol(ate) عبر النطاق الإلكتروني (1.1−4.0 eV) في محلول مخفف عند درجة حرارة عادية. تم تنقية كل من حوالي 20 عينة، تتراوح أقطارها الفعّالة ما بين 1.4 إلى 3.2 نانومتر (حوالي 70 إلى 800 ذرة ذهب)، عن طريق البلورة التناسبية، وقد خضعت كل منها إلى تصنيف تركيبي وكيميائي منفصل عن طريق قياس الكتلة والتصوير بالأشعة السينية. مع انخفاض كتلة النواة (حجم البلورة)، يظهر الطيف بشكل منتظم تطوراً منهجياً، تحديداً (i) اتساع ما يسمى بفرقة البلازما السطحية حتى تصبح غير قابلة للتحديد بشكل فعلي بالنسبة للبلورات التي تقل عن 2.0 نانومتر في القطر الفعّال، (ii) ظهور بداية مميزة لامتصاص قوي بالقرب من الطاقة (حوالي 1.7 eV) لفجوة النطاق (5d → 6sp)، و(iii) ظهور هيكل ضعيف شبيه بالخطوة في أصغر البلورات فوق هذه البداية، والذي يتم تفسيره على أنه ناتج عن سلسلة من الانتقالات من الحزمة d المستمرة إلى الهيكل المستوي البسيط لحزمة التوصيل فوق مستوى فيرمي. يمكن لنظرية الديناميكا الكهربية التقليدية (Mie)، المستندة إلى الخصائص الضوئية الكتلية، إعادة إنتاج هذا التطور الطيفي وبالتالي تقدم تقديراً متناسقاً لحجم النواة فقط عن طريق افتراض قوي حول التفاعل الكيميائي السطحي. يتطلب التوافق الكمي مع شكل الخط الطيفي تخفيضاً يعتمد على الحجم لدالة العزل الكهربائية المعتمدة على التردد، والذي يمكن تفسيره عن طريق تحول في الهيكل الإلكتروني مباشرة تحت 2.0 نانومتر (حوالي 200 ذرة)، كما تم اقتراحه سابقاً.