en konstnärlig representation av HgTe QD-skiktet belagt ovanför den lasertryckta Au nanobump-arrayen. b Sidovy (synvinkel på 45°) SEM-bild som visar Au nanobump-arrayen tryckt med en 1μm pitch (skalstapel motsvarar 1μm). En närbild av SEM-bilden på den övre insatsen visar skillnaden mellan perioden och den "effektiva" perioden för nanobump-arrayen. Den nedre insatsen visar ett fotografi av två storskaliga (3×9 mm2) nanobump-arrayer producerade på den glasstödda Au-filmen. c Typiskt Fourier transform infrarött (FTIR) reflektionsspektrum för den plasmoniska nanobump arrayen tryckt med en 1μm tonhöjd (grön kurva). Bidraget från den lokaliserade ytplasmonresonansen (LSPR) för de isolerade nanobumpen av en given form visas av den orange streckade kurvan. FLPR betecknar första ordningens gitterplasmonresonans. Insättningen ger fördelningen av z-komponenten i EM-fältet (Ez/E0) beräknad 50?nm över den släta Au-filmytan vid 1480nm våglängd. Cirklar indikerar nanobump-positionerna. Detaljerna relaterade till beräkningarna av LSPR och FLPR finns i den stödjande informationen. d Sidovy (synvinkel på 70°) SEM-bild av tvärsnittet av nanobumpen (skalan är 200?nm). e, f Beräknad EM-fältintensitetsfördelning (E2/E02) nära den isolerade nanobumpen (i xz-planet) och 50?nm över den jämna Au-filmnivån (i xy-planet) vid en 880?nm pumpvåglängd (skalstaplar i e , f är 200, 1000?nm, respektive). Kredit:FEFU
Forskare från Far Eastern Federal University (FEFU, Vladivostok, Ryssland), tillsammans med kollegor från FEB RAS, Kina, Hong Kong, och Australien, tillverkade ultrakompakta ljuskällor baserade på IR-emitterande kvicksilvertellurid (HgTe) kvantprickar (QDs), de framtida funktionella delarna av kvantdatorer och avancerade sensorer. En relaterad artikel publiceras i Ljus:Vetenskap och tillämpningar .
FEFU-forskare, tillsammans med kollegor från den ryska vetenskapsakademins Far Eastern Branch och utländska experter, designade en resonansgitterlaser tryckt på en yta av tunn guldfilm som tillåter kontroll av egenskaperna för nära och mitten av IR-strålning hos täckskiktet av kvicksilvertellurid (HgTe) QDs.
Det nära- och mellan-IR-spektralområdet är extremt lovande för implementering av optiska telekommunikationsenheter, detektorer, och utsläppare, samt sensorer och nästa generations säkerhetssystem. Nyligen utvecklade halvledar QDs representerar lovande nanomaterial som avger ljus exakt i detta intervall. Dock, huvudfrågan är förknippad med grundläggande fysiska begränsningar (Fermis gyllene regel, Skruvrekombination, etc.) dramatiskt minskande intensitet hos de IR-emitterande QD:erna.
Forskare från FEFU, och Institute of Automation and Control Processes (IACP FEB RAS) tillsammans med utländska kollegor för första gången övervann denna begränsning genom att tillämpa ett speciellt resonansgitter av nanostrukturer. Forskare bildade gallret genom ultraexakt direkt laserutskrift på ytan av en tunn film av guld.
"Plasmongittret vi utvecklade består av miljontals nanostrukturer arrangerade på guldfilmytan. Vi producerade sådana gitter med hjälp av avancerad direkt laserbehandling. Denna tillverkningsteknik är billig jämfört med befintliga kommersiella litografibaserade metoder, lätt skalbar, och möjliggör enkel tillverkning av nanostrukturer över cm-skala områden. Detta öppnar möjligheter för att tillämpa den utvecklade metoden för att designa nya optiska telekommunikationsenheter, detektorer, och utsläppare, inklusive den första IR-emitterande QD-baserade mikrolasern, sade författaren till verket, Aleksander Kuchmizhak, en forskare vid FEFU Center for Virtual and Augmented Reality.
Forskaren förklarar att resonansgittret omvandlar pumpstrålningen till en speciell typ av elektromagnetiska vågor som kallas ytplasmoner. Sådana vågor, sprider sig över ytan av den mönstrade guldfilmen inom det täckande lagret av QDs, ger deras effektiva excitationshöjande fotoluminescensutbyte.
"För det synliga spektralområdet, kvantprickar har syntetiserats i flera decennier. Bara några få vetenskapliga grupper i världen, fastän, är kapabla att syntetisera QD:er för när- och mellan-IR-området. Tack vare plasmongittret vi utvecklade, som består av plasmonnanostrukturer arrangerade på ett speciellt sätt, vi kan kontrollera de huvudsakliga ljusemitterande egenskaperna hos sådana unika QD:er, till exempel, genom att upprepade gånger öka intensiteten och fotoluminescenslivslängden, minska effektiviteten hos icke-strålande rekombinationer, såväl som genom att skräddarsy och förbättra utsläppsspektrum." Sa Alexander Sergeev, en senior forskare vid IACP FEB RAS.
Forskaren noterade att kvantprickar är en lovande klass av luminoforer. De syntetiserades med en enkel och kostnadseffektiv kemisk metod, detta material är hållbart och till skillnad från organiska molekyler lider det inte av nedbrytning.
