Runde nanopartikler forbedrer kvalitetsfaktorer for overfladegitterresonanser

Plasmoniske overfladegitterresonanser (SLR'er) understøttet af metal nanopartikel-arrays har mange fordele, såsom stærke feltforbedringer, der strækker sig over store volumener, samt lange levetider, smalle linjebredder, vinkelafhængig spredning, og en bred vifte af bølgelængdejustering.

For at forbedre ydeevnen af ​​SLR-baserede nanofotoniske enheder såsom nanolasere, ikke-lineære optiske enheder, og optiske sensorer, Der er lagt en stor indsats i at forbedre SLR-kvalitetsfaktorer.

En forskergruppe ledet af Dr. Li Guangyuan fra Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) fra det kinesiske videnskabsakademi har fundet ud af, at nanohemisfære-arrays kan forbedre kvalitetsfaktorerne for spejlreflekskameraer betydeligt.

Gruppens undersøgelse, med titlen "Exceptionelt smalle plasmoniske overfladegitterresonanser i guld nanohemisfære-array, " blev offentliggjort i Journal of Physics D:Anvendt fysik den 24. august.

I tidligere undersøgelser, SLR'er blev primært understøttet af periodiske metal nanorods. Ifølge en nylig gennemgang, kvalitetsfaktorerne for sådanne spejlreflekskameraer er ~150 for synligt lys, ~300 for telekommunikationsbølgelængder, og ~500 for det midinfrarøde regime, henholdsvis.

Selvom gitterformen er afgørende for kvalitetsfaktorer, undersøgelser, der involverede forskellige geometrier, førte ikke til en forventet bemærkelsesværdig indsnævring af lokaliserede overfladeplasmonresonanser (LSPR'er) forbundet med disse partikler.

I dette studie, forskerne undersøgte spejlreflekskameraer understøttet af en 2-D periodisk nanohemisfære-array indlejret i et symmetrisk dielektrisk miljø. Deres simuleringsresultater viste, at SLR'er uden for planet kan have en ultrasmal resonanslinjebredde (~0,9 nm) ved synlige bølgelængder omkring 715 nm.

Dette resultat svarede til en usædvanlig høj kvalitetsfaktor på 794, som var en størrelsesorden større end den for udbredte nanorods.

Ud over, holdet viste også, hvordan man opnår højkvalitetsfaktorer baseret på afstemning mellem Rayleigh-anomalien og LSPR af en isoleret nanopartikel.

"Energistrømmen forplanter sig langs overfladen og omgår nanopartiklerne, som efterligner en strøm, der går uden om en sten, " sagde Dr. Li Guangyuan. "Vi ved alle, at en rund sten introducerer svagere forstyrrelser. Dette inspirerede os til at erstatte nanorods med nanohemispheres."

Forskerne fortsætter nu med at fremstille 2-D nanohemisphere array-mønstre med kontrolleret funktionsstørrelse og -form, hvilket er udfordrende, men muligt.

De mener, at spejlreflekskameraer understøttet af et 2-D nanohemisphere-array, med meget højere kvalitetsfaktorer end nanorods, vil være attraktiv i forskellige applikationer, inklusive nanolasere, ikke-lineær optik, og ultrafølsom sansning.