Роль аномалий Рэлея в процессе связи плазмонных решеток и управлении эмиссионными свойствами органических молекул

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 3218 (2022) Цитировать эту статью

2932 Доступа

5 цитат

Подробности о метриках

Сообщается об исследовании влияния периодических металлических массивов на эмиссионные свойства органических излучателей. Предварительное исследование процесса взаимодействия между наночастицами путем анализа спектров экстинкции, связанных с аномалиями Рэлея, указывает на решающую роль последних в определении природы возбужденных решеточных мод. Полученные результаты подчеркивают, что аномалии Рэлея можно рассматривать как промежуточное звено между индивидуальными плазмонными и коллективными фотонными реакциями. После этого экспериментальные и численные исследования мод решетки и связанного с ними влияния на время жизни и направленность излучения близлежащих эмиттеров показывают, что настройка геометрических параметров решетки дает возможность выбрать конкретный процесс связи от локализованного эффекта до отклика в дальнем поле. В зависимости от силы связи излучение можно сильно изменить, увеличивая плотность состояний или обеспечивая дифракционные порядки. В конце концов, в этом исследовании сообщается, что аномалии Рэлея играют роль источника возбуждения, который заставляет наночастицы действовать как набор дифракционных объектов, придавая излучению высокую направленность.

В течение нескольких лет большое внимание уделялось связанным металлическим наночастицам (НЧ) в одномерных (1D) и двумерных (2D) массивах1,2. Сообщалось о нескольких исследованиях их свойств коллективной моды3,4,5,6. В частности, многие работы показали возможность удержания высоких энергий и усиления электрического поля с использованием плазмонных массивов7,8,9. Возбужденные моды чувствительны к нескольким параметрам, таким как поляризация и угол падающего света, геометрические параметры решетки и показатели преломления окружающей среды. Кроме того, взаимодействия между НЧ могут оказывать важное влияние на характеристики оптических устройств, в которых они используются. В конкретном случае источников света эти взаимодействия имеют решающее значение, поскольку NP-решетки существенно влияют на характеристики излучения близлежащих излучателей. Действительно, в зависимости от нескольких параметров связи плазмонные эффекты10 могут усиливать или подавлять излучение активных молекул. Массивы наночастиц также демонстрируют аномалии Рэлея11, которые связаны с явлением дифракции под углом скольжения в плоскости структуры. Они проявляются в спектрах поглощения в виде острых пиков и, в частности, зависят от угла падающей волны, индекса окружающей среды и периода решетки11,12. Физически они обусловлены появлением или исчезновением порядка дифракции, что соответствует переходу от затухающей моды к распространяющейся и наоборот.

Было показано, что для коротких периодов решетки, когда спектральная расстройка между локализованным поверхностным плазмонным резонансом (LSPR) и аномалиями Рэлея (λRA) велика, решетка проявляет только локализованные плазмонные особенности. Однако, когда постоянная решетки выбирается сравнимой с λRA, структуры поддерживают так называемые поверхностные решеточные резонансы (SLR), смешанные моды, обладающие как плазмонными (LSPR), так и фотонными свойствами13. Эти SLR представляют собой долгоживущие модусы, делокализованные на нескольких решетчатых клетках. Они проявляются как узкие резонансы с высокими добротностями, указывающими на низкие потери, которые несут эти гибридные состояния. Наличие рэлеевских аномалий в структуре представляется необходимым условием возбуждения зеркальных мод. На этих конкретных длинах волн НЧ участвуют в явлениях коллективной дифракции, при которых энергия распределяется в плоскости массива.

Фактически выделены два режима14: чисто плазмонный, в котором интенсивность моды ограничена вблизи наночастицы, и гибридный, в котором поверхностная мода распространяется по структуре в результате когерентного рассеяния света в массиве. Эти возбужденные моды SLR были описаны как смешанные моды локализованных плазмонных колебаний в сочетании с дифрагированными скользящими волнами15.

430\,{\text{nm}}\)./p> 430\,{\text{nm}})\), we observe that the resonance peak of the UB becomes thinner (FWHM \(= 20.4\,{\text{nm}}\)) with an SLR-like behavior whereas the peak of the LB becomes broader (FWHM \(= \,51\,{\text{nm}}\)) with an LSPR-like behavior./p> 430 nm./p> 430\,{\text{nm}})\), the initially LSPR mode penetrates the zone of the Rayleigh anomalies and an inverted trend is observed: the initial LSPR follows the dispersion of the Rayleigh anomalies in contrary to the peak of the SLR branch that exhibits a large resonance./p> 430 nm./p> 430\,{\text{nm}}\) the factor decreases to \(\sim 4\%\) at \(p = 455\,{\text{nm}}\)./p> \lambda /n_{d}\) ; with \(\lambda /n_{d} \sim 358nm\) corresponding to the excitation of \(\left( { + 1;0} \right)\) Rayleigh anomalies at \(\varphi_{d} = 0\) under a normal incidence \(\theta_{inc} = 0\)./p>