Nanolight -källor baserade på resonanta excitoner av plasmoner nära en skarp metallisk nanostruktur har väckt stort intresse för optisk nanoimaging. Dock, resonansfenomenet fungerar bara för en typ av våglängd som resonerar med plasmoner. Jämfört med plasmonisk resonans, den alternativa plasmon -nanofokuseringsmetoden kan generera en källa till nanolight genom att föröka och komprimera plasmoner på en avsmalnande metallisk nanostruktur, oberoende av våglängd, på grund av dess beroende av förökning. I en ny rapport om Vetenskapliga framsteg , Takayuki Umakoshi och ett forskargrupp inom tillämpad fysik och kemi i Japan genererade en vit nanolight -källa som spänner över hela det synliga ljusområdet genom plasmon -nanofokusering. Med hjälp av processen, de demonstrerade spektralbandgap nanoimaging av kolnanorör (CNT). Den experimentella demonstrationen av källan till vit nanolight kommer att göra det möjligt för olika forskningsfält att utvecklas mot nästa generation, nanofoton teknik.

Samtidigheten av flera våglängder av ljus i en begränsad nanometrisk volym kan utgöra en intressant optisk effekt. Den unika nanolighten är därför en lovande plattform för olika forskningsområden genom att ge möjligheter att undersöka ett prov över en rad våglängder, eller framkalla ljus-ljus-interaktioner mellan olika våglängder vid nanoskala. Optiska antenner har spelat en viktig roll under de senaste decennierna för att begränsa ljus på nanoskala genom lokaliserade plasmonresonanser i metalliska nanostrukturer, som leder till oöverträffad forskning inom nanolight, inklusive ljusfältförbättring. Eftersom plasmonresonans är ett resonansfenomen, det kan inte underlätta generering av bredband nanolight, därför, som ett resultat, plasmon nanofokusering har fått större uppmärksamhet som ett alternativ för att generera källor till nanolight. Under processen, en nanoskala ljuskälla kan konstrueras genom att föröka och överfokusera ytplasmonpolaritoner (SPP) vid toppen av en metallisk, avsmalnande överbyggnad. Arbetet ledde till en enorm förbättring av ljusfältet på nanoskala, vid spetsen och resulterade i bakgrundsfri belysning. Forskare har undersökt den resulterande bredbandsegenskapen för blandning med fyra vågor med hög olinjär omvandlingseffektivitet. Den plasmon-nanofokuserade bredbandsljuskällan är ett kraftfullt verktyg inom olika forskningsområden.

I det här arbetet, Umakoshi et al. introducerade en vit nanolight -källa som spänner över hela det synliga våglängdsområdet - genererat via plasmon -nanofokusering. De visade bredbandsenergi bandgap optisk avbildning av kolnanorör med hjälp av den vita nanolight -källan. Även om plasmon -nanofokusering kan exciteras i ett brett våglängdsområde, forskare har bara använt det i det nära infraröda området på grund av begränsningar av material som utgör den avsmalnande strukturen. De hade använt guld som material för att bilda koniska koniska strukturer och lägre ohmiska förluster, men sådana experiment förblev i det nära infraröda området och inte inom det synliga eller ultravioletta området. Umakoshi et al. hade också nyligen utvecklat en effektiv tillverkningsmetod för att forma avsmalnande metallstrukturer baserade på termisk avdunstning, där konstruktionen innefattade en kommersiellt tillgänglig kiselhängare med en pyramidspets. Med en yta av pyramiden som bas, de fick en tvådimensionell metallisk avsmalning och skapade en extremt slät metallbeläggning som kan tillämpas på en mängd olika metalltyper, inklusive silver. Använd silveravsmalningen, laget erhöll högeffektiv plasmon -nanofokusering med 100 procent reproducerbarhet vid 642 nm och genomförde vit plasmon -nanofokusering över ett brett spektrum av synliga våglängder.

Designa och konstruera en avsmalnande metallstruktur för bredbandsplasmon -nanofokusering

Umakoshi et al. utvecklat en avsmalnande metallstruktur för att upprätthålla en bredbandig vit nanolight -källa på en oxiderad kiselpyramidspets med ett tunt silverskikt belagt på en yta av pyramiden. Med en enda slits på 200 nanometer (nm) i silver kopplade de ljus i det synliga området, och beräknade de elektriska fältfördelningarna i närheten av spetsen vid flera excitationsvåglängder med användning av metoden finite-difference-time domain (FDTD). Teamet observerade starka elektriska fält begränsade vid spetsspetsen vid excitationsvåglängder från 460 nm till 1200 nm. Arbetet visade hur en 200 nm bred slits genererade en bredbands nanolight-källa som spänner över hela det synliga området för att till och med nå det nära infraröda området. Under tillverkningsprocessen, forskarna använde en kommersiellt tillgänglig kiselspets med en pyramidform. De oxiderade kiselbenet och utvecklade en slät silverbeläggning med 1 nm ytråhet för att minska energiförlust under SPP (ytplasmon polariton) förökning.

Generera en vit ljuskälla via plasmon -nanofokusering och genomföra spektralbandgapavbildning

För att förstå processen för begränsad produktion av vitt ljus genom den avsmalnande strukturen baserad på plasmon -nanofokusering, laget upplyste slitsstrukturen med en sammanhängande superkontinuumlaser som sträckte sig över ett brett spektrum av våglängder. När den infallande polarisationen var vinkelrät mot slitsen, de noterade den bästa kopplingen i installationen i överensstämmelse med simuleringar. När våglängden förkortades, spridningseffektiviteten ökade. Därför, laget observerade experimentellt en högre intensitet i det kortare våglängdsområdet.

De använde den plasmon-nanofokuserade vita ljuskällan för att utföra spektral nanoanalys av CNT (kolnanorör). Den vita nanolight -källan lokaliserad vid toppen av spetsen interagerade med CNT -buntar som innehåller flera bandgap under experimentet. Spridningssignalen ökade under experimentet för att indikera fotoner med samma energi som motsvarade bandgapen i CNT:erna. Umakoshi et al. kombinerade sedan tillvägagångssättet med Raman -spektroskopi för att undersöka chiraliteten hos CNT -provet.

Den plasmonfokuserade vita ljuskällan i detta arbete är ett grundläggande och effektivt ljusstatus för bandgap nanoimaging. Detta arbete kommer att bana väg för en mängd olika tillämpningar, inklusive sonderande biomolekyler för att förstå deras absorptionsegenskaper vid nanoskala rumslig upplösning. En mellan-infraröd bredbands nanolight-källa kommer också att vara produktiv inom materialvetenskap och molekylärbiologi. Denna teknik kan också öka den analytiska förmågan hos ytförstärkt Raman-spektroskopi för att undersöka molekylära vibrationer.

På det här sättet, Takayuki Umakoshi och kollegor genererade en vit nanolight -källa vid toppen av en avsmalnande silverstruktur med hjälp av plasmon -nanofokusering för att utföra nanoanalys av kolnanorör. Teamet designade och konstruerade en avsmalnande struktur som inducerade plasmon -nanofokus över ett brett våglängdsområde. Spektralbandgaptekniken kommer att ha omfattande tillämpningar på nanoskala inom materialvetenskap och biologisk forskning. Det demonstrerade arbetet är bara ett enda exempel, med olika applikationer möjliga baserat på ett kraftfullt och grundläggande nanoskala optiskt verktyg med utmärkt våglängdsflexibilitet.

© 2020 Science X Network