Forskare har hittat en metod för att reversibelt justera strålningsfärgen hos ljuskällor i nanostorlek. Tidigare, strålningsfärgen kunde endast specificeras under syntesen av nanopartiklar, men nu kan det ändras efter syntes. Stabilitet och elektromagnetiska resonanser hos partiklarna bibehålls under denna justering. Detta gör dem lovande för optiska chips, Lysdioder och optoelektroniska enheter. Resultaten publiceras i Nanobokstäver .

Resonans är sammanträffandet mellan frekvenser av två svängningar som ökar deras intensitet. För ett halvt sekel sedan, den italienske teoretiska fysikern Hugo Fano beskrev en speciell typ av resonans med en asymmetrisk profil som härrör från interferensen av tvåvågsprocesser. Sedan dess, Fano-resonans har använts aktivt inom fotonik, till exempel, för att skapa snabba optiska växlar, som är element i fotoniska integrerade kretsar. Reduktionen av sådana växlar till nanoskala kommer att dramatiskt öka prestandan hos fotonchip genom att integrera ett stort antal element i en enhet.

Forskare från ITMO University, tillsammans med kollegor från Sverige, Australien, USA och Litauen, har upptäckt Fano-resonans i perovskit-nanopartiklar och fått kontroll över resonansspektrumet för en rad oorganiska nanopartiklar. Att göra detta, de föreslog en ny metod för att justera strålningen från nanopartiklar. Istället för att syntetisera flera typer av partiklar, de föreslog att man skulle ändra sammansättningen av en färdig partikel genom speciell kemisk behandling. Eftersom denna justering är reversibel, det kan upprepas många gånger utan att ändra partiklarnas stabilitet och intensiteten av deras strålning.

"Vi genomförde experiment med enstaka organo-oorganiska perovskitnanopartiklar, såväl som med en oordnad uppsättning helt oorganiska nanopartiklar dispergerade i polymermatrisen. Vi lyckades registrera Fano-resonanser i båda fallen, men den reversibla avstämningen var möjlig endast för oorganiska partiklar. De inkluderar bromanjoner, och under justeringen, vi ändrade reversibelt bromatomerna till kloratomerna. Detta gör det möjligt att förskjuta emissionsspektrumet för partiklar i området 420-520 nm. Organo-oorganiska nanopartiklar visade sig vara olämpliga för en liknande justering av fotofysiska egenskaper på grund av närvaron av organiska katjoner i deras struktur, säger Anatolij Pushkarev, forskarassistent vid Laboratory of Hybrid Nanophotonics and Optoelectronics vid ITMO University.

Enligt forskarna, den föreslagna metoden för att ställa in emissionsspektrumet för perovskit-nanoantenner är universell. Det kan appliceras på andra oorganiska nanostrukturer baserade på blyhalogenider. Således, det är möjligt att få komplexa optoelektroniska enheter på ett chip med minsta möjliga mängd nanopartiklar. Sådana miniatyrenheter kan användas för dataöverföring och bearbetning, såväl som för avkänning.

"Resultaten vi fick är lovande inte bara för skapandet av fotoniska integrerade kretsar. Rekonstruktionen av emissionsspektrumet för nanopartikelmatrisen och förändringen av Fano-resonansens position i deras optiska absorptionsspektrum kan användas, till exempel, för att bestämma koncentrationen av vätehalogenidånga (HCl, HBr, HI) i mediet, säger Ekaterina Tiguntseva, en doktorand vid fakulteten för fysik och teknik vid ITMO University.