I en tid där förståelse och manipulering av ljus på nanoskala blir allt viktigare, en artikel i Light:Science &Applications avslöjar ett betydande steg framåt.

Ett team av forskare från Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS har utvecklat en sofistikerad metod för att mäta förbättringen av ljusinteraktion på nanoskala med hjälp av enstaka molekyler som sonder. Centralt i denna forskning är dielektriska gap nanoantenner – utvecklade och tillverkade vid Imperial College London.

Sådana strukturer är gjorda av galliumfosfid (GaP), ett material som valts för sitt höga brytningsindex och låga optiska förluster. Detta samarbetsarbete involverar ett innovativt tillvägagångssätt med användning av enstaka molekyler för att undersöka den förbättrade interaktionen av ljus som enbart underlättas av dessa nanoantenner utan modifiering av nanosystemet med närfältssonder, vilket uppnår en märkbar 30-faldig förbättring av strålningssönderfallshastigheter på enstaka molekylnivå.

Forskarna förklarar, "Vårt arbete fokuserar på den exakta mätningen av hur ljus interagerar med nanostrukturer. Genom att använda enstaka molekyler som sonder har vi kunnat observera och kvantifiera förbättringen av ljusinteraktion, en avgörande aspekt för att utveckla nanofotoniska teknologier."

Forskningen går utöver enbart teoretisk utforskning och erbjuder praktiska insikter i interaktioner mellan ljus och materia. "Detta handlar inte bara om att observera förbättrad ljusinteraktion, det handlar om att mäta det på singelmolekylnivå med anmärkningsvärd rumsprecision. Våra resultat är avgörande för framtida tillämpningar inom områden där förståelse och kontroll av ljus i så liten skala är avgörande."

Studiens metodik och resultat understryker effektiviteten hos avancerade mättekniker inom nanofotonik.

"Vår forskning har framgångsrikt kartlagt den rumsliga fördelningen av förbättring av strålningsavklingningshastigheten, och avslöjar att även om det finns en viss fellokalisering av enskilda molekyler på grund av deras interaktion med strukturen, är denna effekt minimal inom nanoantennens gap, vilket ger en exakt kontroll av ljusstyrkan. källa för emission av en foton", förklarar forskarna.

"Denna precision i mätning öppnar nya vägar för karakterisering av mycket känsliga optiska enheter och fördjupar vår förståelse av interaktionsförbättringen av en kvantemitter med en nanostruktur."

Sammanfattningsvis betonar forskarna de bredare konsekvenserna av deras arbete. "Vår forskning ger en ny lins genom vilken man kan se nanofotoniska interaktioner. Möjligheten att mäta ljusinteraktion med sådan precision banar väg för genombrott inom olika tillämpningar, från kvantberäkning, kvantavkänning till medicinsk diagnostik."

Mer information: R. Margoth Córdova-Castro et al, Single-emitter super-resolved imaging av radiative decay rate enhancement i dielektriska gap nanoantenner, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01349-2

Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar

Tillhandahålls av Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS