Fotoluminescenskontrol af hyperbolske metamaterialer og metaoverflader

I en ny udgivelse fra Opto-elektroniske fremskridt , forskere ledet af professor Andrei V. Lavrinenko og Dr. Pavel N. Melentiev fra DTU Fotonik-Afdelingen for Fotonikteknik, Tekniske Universitet Danmark, Lyngby, Danmark og Nanoplasmonics and Nanophotonics Group, Institut for Spektroskopi RAS, Moskva, Rusland diskuterer fotoluminescenskontrol ved hjælp af hyperbolske metamaterialer og metaoverflader.

Fotoluminescens, emission af lys fra materialer, inklusive fluorescens, spiller en stor rolle i en bred vifte af applikationer fra biomedicinsk sansning og billeddannelse til optoelektronik. Derfor, forbedringen og kontrollen af ​​fotoluminescens har enorm indflydelse både på grundlæggende videnskabelig forskning og førnævnte applikationer. Blandt forskellige nanofotoniske skemaer og nanostrukturer for at forbedre fotoluminescensen, forfatterne til denne artikel fokuserede på en bestemt type nanostrukturer, hyperbolske metamaterialer (HMM'er) og metasurfaces. HMM'er er meget anisotrope metamaterialer, som producerer intense lokale elektriske felter, fører til forbedret lys-stof-interaktion og kontrol af emissionsdirektivitet. Vigtigste byggesten i HMM'er er metal- og dielektriske lag og/eller skyttegrave og metal nanotrådstrukturer, som kan være lavet af ædelmetaller, gennemsigtige ledende oxider, og ildfaste metaller som plasmoniske elementer. Hvad er meget vigtigt, ved deres struktur af HMM'er, er ikke-resonante konstruktioner, der giver fotoluminescensforbedring i brede bølgelængdeområder. Hyperbolske metasurfaces er todimensionelle varianter af HMM'er.

I denne anmeldelse, forfatterne diskuterer nuværende fremskridt inden for fotoluminescenskontrol med forskellige typer HMM'er og metasurfaces. Da tab er uundgåelige i det optiske domæne, aktive HMM'er med forstærkningsmedier til kompensation af strukturernes absorberende tab diskuteres også. Sådanne HMM'er øger fotoluminescens fra farvestofmolekyler, kvanteprikker, nitrogen-fritidscentre i diamanter, perovskiter og overgangsmetal dichalcogenider for optiske bølgelængder fra UV til nær-infrarød (λ =290-1000 nm). Ved kombinationen af ​​bestanddele og strukturelle parametre, en HMM kan designes til at kontrollere fotoluminescens med hensyn til forbedring, emissionsdirektivitet, og statistik (enkeltfotonemission, klassisk lys, lasering) ved et hvilket som helst ønsket bølgelængdeområde inden for de synlige og nær-infrarøde bølgelængdeområder. HMM-baserede systemer kan tjene som en robust platform til adskillige applikationer, fra lyskilder til bioimaging og sansning.