Массивы наночастиц кремния помогут усилить излучение в нанофотонных устройствах

Нанофотоника рассматривает, как свет и вещество взаимодействуют друг с другом на наноуровне, и открытия в этой области важны для будущих фотонных устройств. До недавнего времени ученые использовали в своих исследованиях металлические наночастицы, но теперь фокус сместился в сторону использования наночастиц полупроводников, таких как кремний, которые позволяют добиться более существенных результатов, сообщает портал Рhys.org.

Ученые из института фотонной интеграции (IPI) и кафедры прикладной физики (Технический университет в Эйндховене, Нидерланды) в сотрудничестве исследователями из университета Киото (Япония) активно изучают использование полупроводниковых наноструктуры в нанофотонике. Так, привычные для ученых металлические наночастицы, имеющие свободные заряды, теперь в экспериментах заменены наночастицами кремния, у которых со светом взаимодействуют электроны, связанные с атомом, в отличие от свободных зарядов. Использование кремниевых наночастиц уже позволило исследователям совершить два прорыва в области нанофотоники.

Новое направление исследований связано с режимом сильной связи, где взаимодействие света и наночастиц достаточно сильное, чтобы изменить фундаментальные свойства материала. Фактически происходит гибридизация, когда вещество приобретает некоторые свойства света, а свет приобретает некоторые свойства вещества. Когда органические материалы используются в оптоэлектронных устройствах, ключевой проблемой является ухудшение качества материалов при освещении и короткое расстояние, на которое могут распространяться заряды. Сильная связь поможет ограничить эти негативные последствия.

Голландские ученые и их японские коллеги смогли получить сильную связь электрических и магнитных колебаний между органическими материалами и массивами наночастиц поликристаллического кремния. Это открытие позволит использовать наноматериалы на основе кремния в оптоэлектронных органических устройствах, что должно значительно увеличить производительность последних.

Также ученые выяснили, что регулярные массивы наночастиц поликристаллического кремния (разных форм и размеров), которые соединяются друг с другом, могут изолировать электрические и магнитные колебания. В результате, когда молекулы находятся вблизи массивов, появляется более сильная связь, приводящая к усилению излучения света от молекул. Например, при наличии связи с магнитным полем наблюдается 5-кратное усиление, тогда как при соединении массивов наночастиц с электрическим полем наблюдается 20-кратное усиление свечения. Это открытие должно помочь в создании светодиодов нового поколения.