מה צבעו של זהב כשמקטינים אותו לגודל ננומטרי?

טבעת זהב היא צהובה ומבריקה, ניתכת ב- C°1063 ומוליכה חשמל. אם נחתוך את הטבעת לשתי חתיכות אז הן יתנהגו כמו זהב רגיל. אם נחתוך להרבה חתיכות, הזהב עדיין יתנהג רגיל. אפילו כשהוא בגודל של גרגר חול תכונותיו המוכרות עדיין יישמרו. אך אם החתיכה הקטנה של הזהב תיחתך לעוד הרבה חתיכות קטנות עד שגודלם יהיה מתחת ל-100 ננומטר, תכונות הזהב יחלו להשתנות. צבעו של זהב בגודל של 20~ ננומטר הוא אדום. הצבע יכול להשתנות כתלות בגודל ובצורה. ננו-חלקיקי זהב יכולים להיות בעלי צבע כחול, סגול, ורוד, אדום, ירוק ועוד. השינוי בצבע נגרם מכיוון שהחומר מגיב עם אור בצורה שונה בסקלה ננומטרית לעומת סקלה מאקרוסקופית (כאשר החומר הוא בגודל שנראה לעין בלתי מצויידת). השינוי בצבע נובע מתופעה הנקראת Plasmon resonance תהודה פלסמונית. כשיורדים לגדלים ננומטרים האינטראקציה של מתכת עם אור משתנה בהשוואה למתכת בגודל שניתן לראותו בעין לא מצוידת. בחתיכת מתכת גדולה חלק מהאלקטרונים חופשיים לנוע ולא קשורים לגרעין אחד או לאטום אחד. מנקודת מבט אלקטרונית, הגוש מתכת נראה כ"ים של אלקטרונים". כשמקטינים את המתכת לגודל ננומטרי, החופשיות של האלקטרונים יורדת והם נעים בתנועה מסונכרנת קדימה ואחורה בשטח הפנים של הננו-חלקיק המתכתי. בתנועה שכזו הם יוצרים בחומר דיפול זמני הגורם לאינטראקציה מיוחדת עם האור.חלק מקרני האור מתקדמות לצידי המשטח המתכתי הננומטרי, ומעוררות את הפלסמון כך שהוא נמצא בתהודה עם האור. תהליך זה מתרחש כשתדירות התנודות של הפלסמון (השיעור שבו האלקטרונים זזים קדימה ואחורה) שווה לתדירות האור שגורמת לתנודות אלו. האלקטרונים שמתנודדים פולטים אור באותה התדירות, ומייצרים את הצבע שאנו רואים.

פרופ' ישעיהו טלמון ודוקטורנטית סיון פרל
הנדסה כימית
הטכניון