(a) Schémas de la nano-antenne chargée QD excitée par un faisceau lumineux à polarisation contrôlée. (b) Dispersions spectrales simulées et distributions spatiales des réponses de champ local sous excitation polarisée x et y. (c, d) Dispersions spectrales simulées de réponses de champ local sous excitation polarisée elliptiquement. Les spectres présentent des formes de raies de Fano avec un paramètre d'asymétrie de Fano réglable q et des creux de Fano presque nuls. Les distributions de champ local montrent qu'aux creux de Fano, le point chaud au niveau du nanogap peut être transformé en un point froid. Crédit :Juan Xia, Jianwei Tang, Fanglin Bao, Soleil de Yongcheng, Maodong Fang, Guanjun Cao, Julien Evans, et il navigue
Les nanoantennes optiques peuvent convertir la lumière se propageant en champs locaux. Les réponses de champ local peuvent être conçues pour présenter des caractéristiques non triviales dans l'espace, domaines spectral et temporel. Les interférences de champ local jouent un rôle clé dans l'ingénierie des réponses de champ local. En contrôlant les interférences de champ local, les chercheurs ont démontré des réponses de champ local avec diverses distributions spatiales, dispersions spectrales et dynamique temporelle. Différents degrés de liberté de la lumière d'excitation ont été utilisés pour contrôler les interférences de champ local, comme la polarisation, forme et position du faisceau, et la direction d'incidence. Malgré des progrès remarquables, parvenir à des interférences de champ local entièrement contrôlables reste un défi majeur. Une interférence de champ local entièrement contrôlable doit être contrôlable entre une interférence constructive et une interférence destructive complète. Cela apporterait des avantages sans précédent pour l'ingénierie des réponses sur le terrain.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques de Chine, dirigé par le professeur Sailing He de l'Université du Zhejiang et le professeur Jianwei Tang de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, ont démontré expérimentalement que sur la base d'une interférence de champ local entièrement contrôlable conçue dans le nanogap d'une nanoantenne, un point chaud de champ local peut être transformé en un point froid, et la dispersion spectrale de la réponse de champ local peut présenter des formes de raies de Fano réglables dynamiquement avec des creux de Fano presque nuls. En contrôlant simplement la polarisation d'excitation, le paramètre d'asymétrie Fano q peut être réglé de valeurs négatives à positives, et en conséquence, le dip de Fano peut être réglé sur une large plage de longueurs d'onde. Aux trempettes de Fano, l'intensité du champ local est fortement supprimée jusqu'à environ 50 fois.
La nanoantenne est un dimère asymétrique de nanotiges d'or colloïdal, avec un nanogap entre les nanotiges. La réponse du champ local dans le nanogap présente les caractéristiques suivantes :un champ local peut être excité par les deux polarisations orthogonales; seconde, la polarisation de champ local a une dépendance négligeable de la polarisation d'excitation; troisième, la réponse du champ local est résonante pour une polarisation d'excitation, mais non résonant pour la polarisation d'excitation orthogonale. Les deux premières caractéristiques rendent les interférences de champ local entièrement contrôlables. La troisième caractéristique permet en outre des réponses de champ local en forme de Fano.
Pour l'étude expérimentale des réponses de champ local, il est crucial de sonder les champs locaux à des positions spatiales et spectrales spécifiées. Les scientifiques utilisent un seul point quantique comme un minuscule capteur pour sonder le spectre de champ local dans le nanogap de la nanoantenne. Lorsque la boîte quantique est placée dans le champ local, il est excité par le champ local, et son intensité de photoluminescence peut révéler la réponse du champ local par comparaison avec son intensité de photoluminescence excitée directement par la lumière incidente.
(a) Image AFM de la nanoantenne QD-chargée fabriquée. Encart supérieur :image TEM des GNR (barre d'échelle, 50 nm); Encart inférieur :image MET d'un QD encapsulé dans de la silice (barre d'échelle, 30 nm). (b) Réponses spectrales de champ local sous excitation polarisée x et y. (c) Réponses spectrales de champ local sous excitations polarisées elliptiquement. Les spectres peuvent être ajustés par des formes de lignes de Fano avec des valeurs q données. Les creux de Fano ont des réponses presque évanescentes, où l'intensité du champ local peut être fortement supprimée jusqu'à ~ 50 fois, ce qui implique que le point chaud dans le nanogap peut être transformé en un point froid. Crédit :Juan Xia, Jianwei Tang, Fanglin Bao, Soleil de Yongcheng, Maodong Fang, Guanjun Cao, Julien Evans, et il navigue
De superbes techniques de fabrication sont nécessaires pour fabriquer une nano-antenne aussi minuscule et placer le minuscule capteur de points quantiques dans le nanogap. Les scientifiques utilisent la pointe acérée d'un microscope à force atomique (AFM) pour faire ce travail, pousser des nanoparticules ensemble sur un substrat de verre.
Les scientifiques ont résumé la pertinence de leurs travaux :« Transformer un point chaud de champ local en un point froid étend considérablement la plage dynamique pour l'ingénierie de champ local. éléments de conception à la boîte à outils pour l'espace, ingénierie spectrale et temporelle du champ local."
"Plus important, le faible bruit de fond et la haute accordabilité des formes de lignes de Fano indiquent que les interférences de champ local peuvent être entièrement contrôlables. Étant donné que les interférences de champ local jouent un rôle clé dans l'espace, ingénierie spectrale et temporelle des réponses en champ local, cette conclusion encourageante peut en outre inspirer diverses conceptions de réponses sur le terrain local avec de nouvelles distributions spatiales, dispersions spectrales et dynamique temporelle, qui peut trouver une application en nanoscopie, spectroscopie, contrôle quantique nano-optique et nanolithographie."
