Om du letar efter en teknik för att maximera fotonproduktionen från plasmoner, sluta. Det krävs två för att bråka.

Rice University fysiker kom över ett fenomen som förstärker ljuset från en nanoskala enhet mer än 1, 000 gånger större än de förväntade sig.

När man tittar på ljus som kommer från en plasmonisk korsning, ett mikroskopiskt gap mellan två guld nanotrådar, det finns förhållanden där användningen av optisk eller elektrisk energi individuellt endast medförde en blygsam mängd ljusemission. Att tillämpa båda tillsammans, dock, orsakade en ljusskur som vida översteg utsignalen under någon av de individuella stimulanserna.

Forskarna ledda av Rice-fysikern Douglas Natelson och huvudförfattarna Longji Cui och Yunxuan Zhu fann effekten när de följde upp experiment som upptäckte att driva ström genom gapet ökade antalet ljusemitterande "heta bärare"-elektroner i elektroderna.

Nu vet de att tillförsel av energi från en laser till samma korsning gör den ännu ljusare. Effekten skulle kunna användas för att göra nanofotoniska switchar för datorchips och för avancerade fotokatalysatorer.

Detaljerna visas i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver.

"Det har varit känt under lång tid att det är möjligt att få en ljusemission från dessa små strukturer, ", sa Natelson. "I vårt tidigare arbete, vi visade att plasmoner spelar en viktig roll för att generera mycket heta laddningsbärare, motsvarande ett par tusen grader."

Plasmoner är krusningar av laddning som bär energi, och när den utlöses, flyter över ytan av vissa metaller, inklusive guld. I den spänningsdrivna mekanismen, elektroner tunnel genom gapet, spännande plasmons, vilket leder till att heta elektroner rekombinerar med elektron "hål" och sänder ut fotoner i processen.

Även om effekten verkade dramatisk vid den tiden, det bleknade i jämförelse med den nya upptäckten.

"Jag gillar idén med '1+1=1, 000, "" sa Natelson. "Du gör två saker, var och en av dem inte ger dig mycket ljus i detta energiområde, men tillsammans, heliga ko! Det kommer mycket ljus."

De specifika mekanismerna är värda att studera vidare, han sa. En möjlighet är att optiska och elektriska enheter kombineras för att förbättra genereringen av heta elektroner. Ett alternativ är att ljusemissionen får ett uppsving via anti-Stokes elektronisk Raman-spridning. I den processen, ljusinsläpp uppmanar redan upphetsade heta bärare att slappna av tillbaka till sina marktillstånd, släpper ut fler fotoner.

"Något intressant pågår där, där var och en av dessa individuella excitationer inte räcker för att ge dig mängden ljus som kommer ut, ", sa Natelson. "Men sätt dem ihop och den effektiva temperaturen är mycket högre. Det är en möjlig förklaring:att ljuseffekten är en exponentiell funktion av temperaturen. Att nå den effektiva temperaturen tar hundratals femtosekunder.

"Raman-mekanismen är mer subtil, där ljuset kommer in, tar energi från spänningen, och ännu starkare ljusa löv, " sa han. "Det går ännu snabbare, så ett tidsberoende experiment skulle förmodligen kunna hjälpa oss att ta reda på den dominerande mekanismen.

"Anledningen till att det är snyggt är att du kan, i princip, koppla ihop den elektriska enheten och ljuset som kommer in för att göra alla möjliga saker, ", sa Natelson. "Om den heta bärarbilden är rätt, det finns möjlighet att göra lite intressant kemi."

Medförfattare till tidningen är Peter Nordlander, Wiess-stolen i fysik och astronomi och professor i elektro- och datateknik och i materialvetenskap och nanoteknik vid Rice, och Massimiliano Di Ventra, professor i fysik vid University of California, San Diego. Cui, en före detta postdoktor vid Rice, är nu biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap och teknik vid University of Colorado Boulder. Zhu är en doktorand på Rice. Natelson är ordförande och professor i fysik och astronomi och professor i elektro- och datateknik och i materialvetenskap och nanoteknik.