Dans une nouvelle publication de Opto-Electronic Advances, les groupes de recherche du professeur Zhong-Qun Tian de l'Université de Xiamen, Xiamen, Chine et du professeur Huigao Duan de l'Université du Hunan à Changsha, en Chine, discutent des antennes rhombiques nanopontées prenant en charge les modes dipolaires et plasmoniques d'ordre élevé avec des points chauds superposés dans l'infrarouge moyen.

Les antennes infrarouge moyen (MIRA), souvent construites à partir de métaux (par exemple, Au, Al ou Ag), de semi-conducteurs III-V hautement dopés, de graphène dopé aux électrons ou de nanostructures à base de polariton phonon, prennent en charge la résonance optique dans le spectre infrarouge moyen gamme (400 à 4000 cm−1). Les MIRA peuvent agir comme des antennes de réception, concentrant ainsi les faisceaux infrarouges moyens de l'espace libre vers des régions à l'échelle nanométrique (appelées points chauds) à proximité de la surface des MIRA. Les MIRA peuvent également agir comme des antennes émettrices pour amplifier directionnellement le rayonnement thermique produit par le chauffage local des sources couplées aux MIRA. Ces caractéristiques impressionnantes des MIRA ont inspiré un large éventail d'études sur leurs applications potentielles pour la spectroscopie d'absorption infrarouge à amélioration de surface (SEIRA) conduisant à des sensibilités ultra-élevées (jusqu'à des centaines d'oscillateurs), pour les capteurs biologiques et chimiques dans la région de l'infrarouge moyen, pour l'ingénierie de la forme du faisceau des lasers à cascade quantique et pour les photodétecteurs hautement réactifs avec une absorption et une efficacité de collecte de photoporteurs améliorées dans l'infrarouge moyen. Les éléments centraux pour les applications hautes performances sont les micro- et nanostructures MIRA, mais le développement des structures MIRA est loin derrière celui des nanostructures d'antennes optiques dans le domaine spectral visible.

Les structures d'antenne dipolaire à un bras font partie des MIRA les plus classiques, souvent constituées de tiges d'or avec des longueurs d'onde de résonance accordables en ajustant la longueur des tiges. En outre, des antennes dipolaires à double bras avec des lacunes de taille nanométrique (nanogaps), telles que des dimères à tige d'or, ont également été développées en raison de la force des facteurs d'amélioration du champ local dans leurs nanogaps. Néanmoins, les antennes dipolaires à un bras et à deux bras ne prennent généralement en charge que le mode de résonance dipolaire qui est un mode fondamental et à bande étroite avec une bande passante typique d'environ 200 à 500 cm-1. Habituellement, les modes d'ordre élevé dans un bras unique ou un bras double sont généralement trop faibles dans les spectres optiques. Cette fonctionnalité limite l'application exigeant plusieurs résonances dans la région MIR.

Pour obtenir des MIRA multibandes, plusieurs micro- et nanostructures au-delà des antennes à un ou deux bras ont été conçues, parmi lesquelles des nano-croix en or, des structures à nano-ouverture, des microstructures fractales, des structures trapézoïdales log-périodiques et des antennes dipolaires à plusieurs longueurs. Ces structures pourraient être classées en micro- et nanostructures supportant plusieurs modes dipolaires. Fondamentalement, c'est un défi à long terme de développer des antennes à un ou deux bras prenant en charge des modes plasmoniques fondamentaux et d'ordre élevé simultanément prononcés, tels qu'un mode quadripolaire.

Le groupe de recherche du professeur Zhong-Qun Tian de l'Université de Xiamen et du professeur Huigao Duan de l'Université du Hunan a conçu et fabriqué une antenne rhombique à nanoponts multi-échelles (NBRA, Fig. 1a) qui supportait deux résonances dominantes dans le MIR (Fig. 1b), y compris une bande de plasmons à transfert de charge (CTP) et une bande de plasmons dipolaires pontés (BDP) qui ressemble à une quadruple résonance. Ces affectations sont mises en évidence par l'imagerie par microscopie optique à balayage de type diffusion (s-SNOM) et les simulations électromagnétiques. En comparaison avec d'autres structures nanopontées, telles que des disques nanopontés ou des rectangles, la NBRA montre des résonances multibandes distinctes dans la région de l'infrarouge moyen dans les spectres d'extinction simulés. De plus, les points chauds de la NBRA sont situés aux extrémités de la structure, tandis que les points chauds des nanodisques pontés ou des rectangles à la résonance CTP sont distribués de manière dispersive. La bande d'ordre élevé ne se produit qu'avec un pont de taille nanométrique (nanobridge) lié à une extrémité du bras rhombique qui agit principalement comme l'inductance et la résistance par l'analyse du circuit RLC. De plus, les principaux points chauds associés aux deux bandes résonnantes sont spatialement superposés, permettant de booster le champ local pour les deux bandes par couplage multi-échelle. Avec de grandes améliorations de champ, la détection multibande avec une sensibilité élevée à une monocouche de molécules est obtenue lors de l'utilisation de la spectroscopie SEIRA. Ce travail fournit une nouvelle stratégie pour activer les modes d'ordre élevé pour la conception de MIRA multibandes avec à la fois des nanoponts et des nanogaps pour des applications MIR telles que les SEIRA multibandes, les détecteurs IR et la mise en forme de faisceaux de lasers à cascade quantique à l'avenir. + Explorer plus loin

Ingénierie de la fluorescence monomoléculaire avec des nano-antennes asymétriques