Si vous recherchez une technique pour maximiser la sortie de photons des plasmons, arrêter. Il en faut deux pour se disputer.

Les physiciens de l'Université Rice sont tombés sur un phénomène qui augmente la lumière d'un appareil à l'échelle nanométrique de plus de 1, 000 fois supérieur à ce qu'ils prévoyaient.

En regardant la lumière provenant d'une jonction plasmonique, un espace microscopique entre deux nanofils d'or, il existe des conditions dans lesquelles l'application d'énergie optique ou électrique individuellement n'a provoqué qu'une quantité modeste d'émission de lumière. En appliquant les deux ensemble, cependant, a causé un éclat de lumière qui a dépassé de loin la sortie sous l'un ou l'autre stimulus individuel.

Les chercheurs dirigés par le physicien de Rice Douglas Natelson et les auteurs principaux Longji Cui et Yunxuan Zhu ont découvert l'effet en suivant des expériences qui ont découvert que le courant traversant l'espace augmentait le nombre d'électrons « porteurs chauds » émettant de la lumière dans les électrodes.

Maintenant, ils savent que l'ajout d'énergie d'un laser à la même jonction la rend encore plus lumineuse. L'effet pourrait être utilisé pour fabriquer des commutateurs nanophotoniques pour les puces informatiques et pour les photocatalyseurs avancés.

Les détails apparaissent dans le journal de l'American Chemical Society Nano lettres.

"On sait depuis longtemps qu'il est possible d'obtenir une émission de lumière à partir de ces minuscules structures, " a déclaré Natelson. " Dans notre travail précédent, nous avons montré que les plasmons jouent un rôle important dans la génération de porteurs de charge très chauds, équivalent à quelques milliers de degrés."

Les plasmons sont des ondulations de charge qui transportent de l'énergie, et lorsqu'il est déclenché, couler à la surface de certains métaux, y compris l'or. Dans le mécanisme entraîné par la tension, les électrons creusent un tunnel à travers l'espace, des plasmons passionnants, ce qui conduit à la recombinaison d'électrons chauds avec des "trous" d'électrons et à l'émission de photons dans le processus.

Même si l'effet semblait dramatique à l'époque, il pâlit par rapport à la nouvelle découverte.

"J'aime l'idée de '1+1=1, 000, '", a déclaré Natelson. "Vous faites deux choses, dont chacun ne vous donne pas beaucoup de lumière dans cette gamme d'énergie, mais ensemble, sainte vache ! Il y a beaucoup de lumière qui sort."

Les mécanismes spécifiques méritent d'être approfondis, il a dit. Une possibilité est que les lecteurs optiques et électriques se combinent pour améliorer la génération d'électrons chauds. Une alternative est que l'émission de lumière est augmentée via la diffusion électronique Raman anti-Stokes. Dans ce processus, l'entrée de lumière incite les porteurs chauds déjà excités à se détendre à leur état fondamental, libérant plus de photons.

"Il se passe quelque chose d'intéressant là-bas, où chacune de ces excitations individuelles ne suffit pas à vous donner la quantité de lumière qui sort, " a déclaré Natelson. "Mais mettez-les ensemble et la température effective est beaucoup plus élevée. C'est une explication possible :que le flux lumineux est une fonction exponentielle de la température. Atteindre cette température effective prend des centaines de femtosecondes.

"Le mécanisme Raman est plus subtil, où la lumière entre, capte l'énergie de la tension, et des feuilles claires encore plus fortes, " dit-il. " Cela arrive encore plus vite, donc une expérience dépendante du temps pourrait probablement nous aider à comprendre le mécanisme dominant.

"La raison pour laquelle c'est bien, c'est que vous pouvez, en principe, couplez l'entraînement électrique et la lumière entrant pour faire toutes sortes de choses, " a déclaré Natelson. " Si l'image de la porteuse chaude est correcte, il y a la possibilité de faire une chimie intéressante."

Les co-auteurs de l'article sont Peter Nordlander, la chaire Wiess en physique et astronomie et professeur de génie électrique et informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie à Rice, et Massimiliano Di Ventra, professeur de physique à l'Université de Californie, San Diego. Cui, un ancien post-doctorant à Rice, est maintenant professeur adjoint de génie mécanique et de science et ingénierie des matériaux à l'Université du Colorado à Boulder. Zhu est un étudiant diplômé à Rice. Natelson est président et professeur de physique et d'astronomie et professeur de génie électrique et informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie.