Nonradiative decay of molecular excitation at a metal interface

Summary

Nonradiative energy transfer from excited dye molecules adjacent to silver and gold surfaces has been investigated experimentally. By using the Langmuir-Blodgett monolayer technique, the distance of the molecules from the metal surface was calibrated in the range (2.7÷29.5) nm. Dye-plasmon surface polariton coupling was measured as a function of the metal-molecule separation by using attenuated-total-reflection technique. For an orientation of the transition dipole moment of the dye parallel to the metal surface and for nonresonant interaction, it was found that nonradiative energy transfer of fluorescing molecules to plasmon surface polaritons strongly depends on their distance from the metal surface. This decay channel becomes less efficient by approachingthe surface and eventually vanishes when the molecules are placed in the very vicinity of the metal film.

Riassunto

È stato studiato sperimentalmente il decadimento non radiativo dell’energia di molecole di un colorante organico adiacenti a superfici metalliche d’argento e d’oro. Usando la tecnica di deposizione di strati monomolecolari di Langmuir e Blodgett, la distanza molecola-metallo è stata variata da 2.7 a 29.5 nm. L’interazione tra le molecole eccitate ed i plasmoni polaritoni di superficie è stata misurata in funzione della distanza delle molecole dalla superficie metallica usando il metodo della riflessione totale attenuata (ATR). È stato stabilito che, per un’orientazione del momento di transizione molecolare parallela alla superficie metallica e nel caso di non risonanza, il trasferimento dell’energia dalle molecole fluorescenti ai plasmoni polaritoni di superficie dipende fortemente dalla loro distanza dalla superficie metallica. Tale decadimento diventa sempre meno efficiente al diminuire della distanza ed è praticamente nullo quando le molecole sono nelle estreme vicinanze della superficie metallica.

Резюме

Экспериментально исследуется нерадиационный перенос энергии от возбужденных молекул красителя, граничащих с поверхностями серебра и золота. Используя монослойную технику Лэнгмюра-Блодгета, расстояние молекул от металлической поверхности калибруется в области (2.7÷29.5) нм. Используя технику ослабленного полного отражения, измеряется связь между поверхностными поляритонами и красителем, как функция расстояния между молекулой и металлом. В случае ориентации дипольного момента перехода для красителя параллельно металлической поверхности, и нерезонансного взаимодействия получается, что нерадиационный перенос энергии от флуоресцирующих модекул к плазмонным поверхностным поляритонам слиьно зависит от расстояния между молекулами и металлической поверхностью. Этот канал распада становится менее существенным при приближении к поверхности и обращается в нуль, когда молекулы находятся в непосредственной близости от металлической пленки.