気相中の単一ナノ粒子の電子作用分光

Electronic Action Spectroscopy on Single Nanoparticles in the Gas Phase.

• Benjamin Hoffmann
• Tim K Esser
• Bernd Abel
• Knut R Asmis

抄録

気相中の個々のナノ粒子(NP)の電子励起スペクトルを極低温でのメッセンジャー媒介単一ナノ粒子作用分光法(cryo-SNAS)によって得られたものを紹介する。無色または色素を担持した単一の直径約100nmのSiOナノ粒子は、100Kで温度制御可能な四重極イオントラップの中に複数のN層でトラップされ、コーティングされている。波長400～800nmの超大陸性レーザーからの電磁波を吸収すると、NPが加熱され、その後、N分子が蒸発する。照射波長の関数としてのNP質量の平均変化から、さらなる補正なしでクライオ-SNASスペクトルを得ることができます。得られたスペクトルは、対応するNP懸濁液の直接吸収スペクトルに似ているが、NP温度が低いためにバンドが狭くなっていることが明らかになった。これらの実験により、クライオ-ＳＮＡＳを用いることで、散乱過程とは無関係に、単一の自由なNPの光吸収スペクトルを決定できることが実証された。

We present electronic excitation spectra of individual nanoparticles (NPs) in the gas phase obtained by messenger-mediated single nanoparticle action spectroscopy at cryogenic temperatures (cryo-SNAS). Single ∼100 nm diameter SiO NPs, either colorless or dye-loaded, are trapped and coated with multiple layers of N in a temperature-controllable modified quadrupole ion-trap at 100 K. The NP's mass is monitored quasi-continuously and nondestructively by light scattering. Absorption of electromagnetic radiation from a tunable (400-800 nm), quasi-continuous, supercontinuum laser leads to heating of the NP and subsequent evaporation of N molecules. The average change in NP mass as a function of the irradiation wavelength then yields the cryo-SNAS spectrum without further correction. The obtained spectra are similar to direct absorption spectra of the corresponding NP suspensions but reveal narrower bands due to the lower NP temperature. These experiments demonstrate that cryo-SNAS allows the determination of photoabsorption spectra of single, free NPs independently of scattering processes.