Forskere udvikler kubisk siliciumnanoantenne

I en ny publikation fra Opto-Electronic Advances, forskere fra South China University of Technology, Guangzhou, Kina, diskuterer kubisk siliciumnanoantenne med samtidig stor Purcell-faktor for elektrisk dipol, magnetisk dipol og elektrisk quadrupolemission.

Purcell-effekten bruges almindeligvis til at øge den spontane emissionshastighed ved at ændre det lokale miljø for en lysemitter. Fotontilstandstætheden nær lysemitteren kan justeres gennem metal- eller dielektriske nanoantenner, hvorved dens spontane emissivitet modificeres. Plasmoniske nanoantenner udviser ekstraordinære overfladeplasmonresonanser, der skaber et stærkt lokaliseret elektrisk felt og øger den lokale fotoniske tæthed af tilstande, hvilket resulterer i en forøgelse af den spontane emissionshastighed. Effekten er dog ledsaget af uønskede store tab på grund af stærk metalabsorption. I modsætning hertil giver dielektriske nanoantenner med høj permittivitet og understøttende stærke Mie-resonanser potentialet til at realisere manipulation med lavt tab af lysspredning. Nylige værker har vist, at dielektriske nanosfærer af tilstrækkelig stor størrelse kan udvise elektrisk dipol (ED), magnetisk dipol (MD) og elektrisk kvadrupol (EQ) resonanstilstande ved planbølgebelysningen, og de er blevet brugt til at øge MD-emissionen, eller at øge ED- og MD-emissionen med henholdsvis forskellige nanosfærestørrelser. Det er dog stadig uklart, om disse dielektriske nanosfærer eller andre mere generelle dielektriske nanostrukturer kan bruges til samtidig at øge den spontane emission fra ED, MD og EQ med meget lavt tab og med stor størrelse sammenlignet med de plasmoniske nanostrukturer.

Forfatterne af denne artikel foreslår en silicium dielektrisk nanoantenne til samtidig at forbedre elektrisk dipol, magnetisk dipol og elektrisk quadrupole emission. De studerer spredningstværsnittet, den polariserede ladningsfordeling og den elektromagnetiske feltfordeling for elektromagnetisk planbølge, der belyser den dielektriske kubiske siliciumnanoantenne, og identificerer derved samtidig eksistens af ED, MD og EQ resonanstilstande i denne nanoantenne. Den beregnede maksimale Purcell-faktor for ED-, MD- og EQ-emitterne ved forskellige orienteringer inde i nanoantennen er henholdsvis 18, 150 og 118, der forekommer ved resonansbølgelængden på henholdsvis 475, 750 og 562 nm, og matcher med resonanstilstandene i nanoantenne og svarende til de blå, røde og grønne farver. Polarisationsladningsfordelingsfunktionerne hjælper med at tydeliggøre excitationen og strålingen af ​​disse resonanstilstande som den fysiske oprindelse af en stor Purcell-faktor, der samtidig forekommer i denne kubiske siliciumnanoantenne. Disse teoretiske resultater kan hjælpe til dybt at udforske og designe den dielektriske nanoantenne som en ideel kandidat til at forbedre ED-, MD- og EQ-emissionen samtidig med et meget lille tab i det synlige område, hvilket er overlegent i forhold til det mere populære skema af den plasmoniske nanoantenne. + Udforsk yderligere

Ekstraordinær modulering af lyspolarisering med mørke plasmoner i magnetoplasmoniske nanokaviteter