Plasmoniska ytgitterresonanser (SLR) som stöds av nanopartikelmatriser av metall har många fördelar som starka fältförbättringar som sträcker sig över stora volymer, såväl som långa livstider, smala linjebredder, vinkelberoende spridning, och ett brett spektrum av våglängdsavstämning.

För att förbättra prestandan hos SLR-baserade nanofotoniska enheter som nanolaser, icke-linjära optiska enheter, och optiska sensorer, mycket ansträngning har lagts på att förbättra SLR-kvalitetsfaktorerna.

En forskargrupp ledd av Dr Li Guangyuan från Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin har funnit att nanohemisphere arrays avsevärt kan förbättra kvalitetsfaktorerna hos SLR:er.

Gruppens studie, med titeln "Exceptionellt smala plasmoniska ytgitterresonanser i guld nanohemisphere array, "publicerades i Journal of Physics D:Tillämpad fysik den 24 augusti.

I tidigare studier, SLR:er stöddes huvudsakligen av periodiska nanorods av metall. Enligt en nyligen genomförd granskning, kvalitetsfaktorerna för sådana systemkameror är ~150 för synligt ljus, ~300 för telekomvåglängder, och ~500 för den midinfraröda regimen, respektive.

Även om gitterformen är avgörande för kvalitetsfaktorer, studier som involverade olika geometrier ledde inte till en förväntad anmärkningsvärd avsmalning av lokaliserade ytplasmonresonanser (LSPR) associerade med dessa partiklar.

I den här studien, forskarna undersökte systemkameror med stöd av en 2-D periodisk nanohemisphere array inbäddad i en symmetrisk dielektrisk miljö. Deras simuleringsresultat visade att SLR-kameror utanför planet kan ha en ultrasmal resonanslinjebredd (~0,9 nm) vid synliga våglängder runt 715 nm.

Detta resultat motsvarade en exceptionellt hög kvalitetsfaktor på 794, som var en storleksordning större än den för allmänt antagna nanorods.

Dessutom, Teamet visade också hur man uppnår högkvalitativa faktorer baserat på avstämning mellan Rayleigh-avvikelsen och LSPR för en isolerad nanopartikel.

"Energiflödet fortplantar sig längs ytan och går förbi nanopartikeln, som efterliknar en bäck som går förbi en sten, ", sa Dr Li Guangyuan. "Vi vet alla att en rund sten introducerar svagare störningar. Detta inspirerade oss att ersätta nanorods med nanohemisfärer."

Forskarna fortsätter nu att tillverka 2D nanohemisphere array-mönster med kontrollerad funktionsstorlek och form, vilket är utmanande men genomförbart.

De tror att systemkameror som stöds av en 2-D nanohemisphere array, med mycket högre kvalitetsfaktorer än nanorods, kommer att vara attraktiv i olika tillämpningar, inklusive nanolaser, olinjär optik, och ultrakänslig avkänning.