Физики предложили метод обратимой перестройки спектра наноразмерных источников света

Команда ученых разработала способ обратимой настройки цвета излучения наноразмерных источников света. Если раньше цвет излучения можно было задавать только на стадии синтеза, то теперь его можно менять в готовых наночастицах. Стабильность и электромагнитные резонансы частиц сохраняются при перестройке. Это делает их перспективными для использования в оптических чипах, светодиодах и оптоэлектронных устройствах. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.

Резонанс — это совпадение частоты одного колебания с частотой другого, которое приводит к резкому возрастанию интенсивности колебаний. Полвека назад итальянский физик-теоретик Уго Фано описал особый тип резонанса с асимметричным профилем, возникающим в результате интерференции двух волновых процессов. С тех пор резонанс Фано применяется для разработок в области фотоники: например, для создания быстрых оптических переключателей — элементов фотонных интегральных схем. При этом миниатюризация таких переключателей до наномасштаба позволит резко увеличить производительность фотонных чипов за счет интеграции колоссального количества элементов в одном устройстве.

Исследователи из Университета ИТМО совместно с коллегами из Швеции, Австралии, США и Литвы впервые обнаружили резонанс Фано в перовскитных наночастицах, а также смогли получить контроль над спектром резонанса для массива неорганических наночастиц. Для этого ученые предложили новый метод настройки излучения наночастиц: вместо того, чтобы синтезировать несколько типов частиц разного состава, можно менять состав одной и той же частицы химической обработкой. Такая настройка обратима, ее можно повторять много раз без изменения стабильности самих частиц и интенсивности их излучения.

«Мы проводили эксперименты с одиночными органо-неорганическими перовскитными наночастицами, а также с неупорядоченным массивом полностью неорганических наночастиц, диспергированных в полимерной матрице. Резонансы Фано нам удалось зарегистрировать в обоих случаях, а вот обратимую настройку получилось выполнить только для неорганических частиц. В их состав входят анионы брома, и настройка заключается в том, что мы обратимо меняем атомы брома на атомы хлора в кристаллической решетке. Это позволяет сдвигать резонанс Фано и спектр излучения частиц на 100 нанометров в диапазоне 420-520 нм. Органо-неорганические наночастицы оказались неподходящими для подобной настройки фотофизических свойств из-за наличия в их структуре органических катионов», — рассказывает Анатолий Пушкарев, научный сотрудник Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Физико-технического факультета Университета ИТМО.

По словам исследователей, предложенный метод настройки спектра излучения изученных перовскитных наноантенн универсален. Его можно применять к другим неорганическим наноструктурам на основе галогенидов свинца. Таким образом, с его помощью можно получать сложные оптоэлектронные устройства на чипе из минимального количества наночастиц. Такие миниатюрные устройства могут послужить для передачи и обработки данных или для сенсинга.

«Результаты, которые мы получили, перспективны не только для создания фотонных интегральных схем. Перестройку спектра излучения массива наночастиц и изменение положения резонанса Фано в спектре оптического поглощения можно использовать, например, для определения концентрации паров галогенидов водорода (HCl, HBr, HI) в среде», — отмечает Екатерина Тигунцева, аспирант Физико-технического факультета Университета ИТМО.

Ссылка: Tunable Hybrid Fano Resonances in Halide Perovskite Nanoparticles. Ekaterina Y. Tiguntseva et al. Nano Letters, 2nd August, 2018

Центр научной коммуникации
Архив по годам:
Пресс-служба