una rappresentazione artistica dello strato di HgTe QD rivestito sopra l'array di nanobump di Au stampato al laser. b Vista laterale (angolo di visione di 45°) Immagine SEM che mostra l'array Au nanobump stampato con un passo di 1μm (la barra della scala corrisponde a 1μm). Un'immagine SEM ravvicinata nell'inserto superiore dimostra la differenza tra il periodo e il periodo "effettivo" dell'array nanobump. L'inserto inferiore mostra una fotografia di due array di nanobump su larga scala (3×9 mm2) prodotti sul film Au supportato da vetro. c Spettro di riflessione tipico dell'infrarosso a trasformata di Fourier (FTIR) dell'array nanobump plasmonico stampato con un passo di 1μm (curva verde). Il contributo della risonanza plasmonica superficiale localizzata (LSPR) dei nanobump isolati di una data forma è mostrato dalla curva tratteggiata arancione. FLPR denota la risonanza plasmonica reticolare di primo ordine. L'inserto fornisce la distribuzione della componente z del campo EM (Ez/E0) calcolata a 50 nm sopra la superficie liscia del film di Au alla lunghezza d'onda di 1480 nm. I cerchi indicano le posizioni dei nanobump. I dettagli relativi ai calcoli di LSPR e FLPR sono forniti nelle Informazioni di supporto. d Immagine SEM laterale (angolo di visione di 70°) della sezione trasversale del nanobump (la barra della scala è 200?nm). e, f Distribuzione dell'intensità del campo EM calcolata (E2/E02) vicino al nanobump isolato (nel piano xz) e 50?nm sopra il livello del film di Au liscio (nel piano xy) a una lunghezza d'onda della pompa di 880?nm (barre della scala in e , f sono 200, 1000?nm, rispettivamente). Credito:FEFU
Scienziati dell'Università Federale dell'Estremo Oriente (FEFU, Vladivostok, Russia), insieme ai colleghi di FEB RAS, Cina, Hong Kong, e Australia, sorgenti luminose ultracompatte prodotte basate su punti quantici (QD) di tellururo di mercurio (HgTe) che emettono IR, i futuri elementi funzionali dei computer quantistici e dei sensori avanzati. Un articolo correlato è pubblicato in Luce:scienza e applicazioni .
scienziati della FEFU, insieme ai colleghi del ramo dell'Estremo Oriente dell'Accademia delle scienze russa ed esperti stranieri, ha progettato un laser reticolare risonante stampato su una superficie di sottile pellicola d'oro che consente il controllo delle proprietà di radiazione nel vicino e medio IR dello strato di copertura dei QD di tellururo di mercurio (HgTe).
La gamma spettrale del vicino e medio IR è estremamente promettente per l'implementazione di dispositivi di telecomunicazione ottica, rilevatori, ed emettitori, così come sensori e sistemi di sicurezza di nuova generazione. I QD a semiconduttore di recente sviluppo rappresentano nanomateriali promettenti che emettono luce esattamente in questo intervallo. Però, il problema principale è legato alle limitazioni fisiche fondamentali (la regola d'oro di Fermi, Ricombinazione a coclea, ecc.) diminuendo drasticamente l'intensità dei QD che emettono IR.
Scienziati della FEFU, e Institute of Automation and Control Processes (IACP FEB RAS) insieme a colleghi stranieri per la prima volta hanno superato questa limitazione applicando uno speciale reticolo risonante di nanostrutture. Gli scienziati hanno formato il reticolo mediante una stampa laser diretta ultra precisa sulla superficie di un sottile film d'oro.
"Il reticolo plasmonico che abbiamo sviluppato è costituito da milioni di nanostrutture disposte sulla superficie del film d'oro. Abbiamo prodotto tali reticoli utilizzando un'elaborazione laser diretta avanzata. Questa tecnologia di fabbricazione è poco costosa rispetto ai metodi esistenti basati sulla litografia commerciale, facilmente scalabile, e consente la facile fabbricazione di nanostrutture su aree di scala cm. Ciò apre prospettive per l'applicazione dell'approccio sviluppato per progettare nuovi dispositivi di telecomunicazione ottica, rilevatori, ed emettitori, compreso il primo microlaser basato su QD a emissione di infrarossi, " disse l'autore dell'opera, Aleksander Kuchmizhak, un ricercatore presso il Centro FEFU per la realtà virtuale e aumentata.
Lo scienziato spiega che il reticolo risonante converte la radiazione della pompa in un tipo speciale di onde elettromagnetiche chiamate plasmoni di superficie. Tali onde, propagandosi sulla superficie del film d'oro modellato all'interno dello strato di copertura dei QD, forniscono la loro efficiente eccitazione aumentando la resa della fotoluminescenza.
"Per la gamma spettrale visibile, punti quantici sono stati sintetizzati per diversi decenni. Solo pochi gruppi scientifici nel mondo, anche se, sono in grado di sintetizzare QD per il vicino e medio raggio IR. Grazie al reticolo plasmonico che abbiamo sviluppato, che consiste di nanostrutture plasmoniche disposte in modo speciale, siamo in grado di controllare le principali caratteristiche di emissione di luce di tali QD unici, Per esempio, aumentando ripetutamente l'intensità e la durata della fotoluminescenza, ridurre l'efficienza delle ricombinazioni non radiative, così come adattando e migliorando lo spettro di emissione." Ha detto Alexander Sergeev, un ricercatore senior presso IACP FEB RAS.
Lo scienziato ha notato che i punti quantici sono una classe promettente di luminofori. Sono sintetizzati con un metodo chimico semplice ed economico, questo materiale è durevole e a differenza delle molecole organiche non soffre di degradazione.
