Sự phát huỳnh quang là hiện tượng xảy ra khi ta dùng sóng điện từ (quang tử) kích hoạt một vật liệu, đẩy điện tử của vật liệu này từ dải hóa trị đi xuyên qua dải năng lượng cấm lên dải dẫn điện ở năng lượng cao hơn. Sóng kích hoạt thường là sóng mang năng lượng cao như tia tử ngoại hay ánh sáng màu xanh. Điện tửở năng lượng cao vốn không ổn định luôn có xu hướng trở về trạng thái có năng lượng thấp hơn. Khi điện tử trở lại dải hóa trị ban đầu, sự phát quang xảy ra (hình 1.14). Cũng giống như với sự phát quang điện học, ánh sáng phát quang có năng lượng tương đương với trị số khe dài. Trị số khác nhau sẽ có màu sắc khác nhau [6, 10, 134, 157].
Hình 1.14. Cơ chế của sự phát huỳnh quang (1): Sóng kích hoạt (2): Quá trình điện tử chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái năng lượng thấp hơn
(3): Sóng phát ra; (●) điện tử [158]
Các nhà khoa học đã tạo ra những hạt nano (chấm lượng tử) vàng với kích thước xác định chứa 5, 8, 12, 23 và 31 nguyên tử [107]. Đây là những hạt phát huỳnh quang (hình 1.15) trong đó chùm 31 nguyên tử có đường kính lớn nhất khoảng 1nm. Những hạt này được xử lý bề mặt để phân tán được trong nước.
28
Hình 1.15. Sự phát huỳnh quang ánh sáng xanh của hạt vàng nano chứa 6 nguyên tử [158]
Trong dung dịch nước, theo thứ tự kích thước từ nhỏ đến lớn, khi được kích hoạt những hạt này có khả năng phát ra tia tử ngoại, ánh sáng xanh, xanh lá cây và tia hồng ngoại [6, 107, 157, 158]. Tuy nhiên khi hạt vàng nano có kích thước từ 10 đến vài trăm nanomét, sự phát huỳnh quang chuyển sang sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng. Hiện tượng đặc biệt này là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt.