利用光学超材料精密控制量子点的发光波长

2016-09-200阅读0

  日本东北大学2016年9月12日宣布,通过在纳米天线中使用人造光学物质“超材料”(Metamaterial),开发出了可精密控制量子点的发光波长的技术。量子点作为新型发光物质备受关注,有望应用于显示器、量子信息通信用微小光源及生物化学中的生物标记等领域。

  

ADB超材料的示意图

  (摘自日本东北大学的新闻发布资料)

  构成超材料的金属构造比光的波长更小,开发人员着眼于这一点,开发出了非对称型双棒材(ADB:Asymmetric Double Bar)。这种棒材由长度不同的2根平行金属棒构造形成,金属使用的是金(Au)。此次在石英基板上以450nm为周期将这种ADB超材料二维排列,形成阵列。

  

配备在ADB超材料上的量子点

  (摘自日本东北大学的新闻发布资料)

  在该ADB超材料阵列上配置的量子点所发的光会与ADB超材料的Fano共振产生光学耦合,向外部放射。研究人员利用可低损失获得窄带宽光学特性的Fano共振,与只利用量子点的发光特性相比,成功提高了波长选择性并将发光强度增强至4倍。

  

此次制备的ADB超材料的表面电子显微镜图像

  通过以10nm精度对Δl(2根金属棒的长度差)实施尺寸控制,在1350~1376nm范围内成功实现发光中心波长的精密控制。(摘自日本东北大学的新闻发布资料)

  光学特性可通过ADB超材料的形状来控制。此次把以10nm精度控制尺寸的ADB超材料与发光中心波长为1366nm的量子点相组合,在1350~1376nm范围内成功实现了对发光中心波长的精密控制。

  由于基于超材料的光学谐振器以单位构造来工作,因此可实现比需要周期性的光子晶体更小的光学谐振器。而且,与半导体光刻技术相比,这种光学谐振器可以大量一起制作。另外,由于还可利用量子点的光增益来补偿光学超材料的焦耳损失,因此在光领域的负折射率、透明披风(障眼法)以及完全透镜的实用化方面,有望成为重要的技术。

  此次研究成果已于2016年9月13日(英国时间)刊登在英国科学杂志《Nature》」《自然》的姊妹杂志《科学报告》(ScientificReports)上。(特约专稿人:工藤 宗介)

  (全文完)