Ученые Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН разработали метаповерхность из золотых нановыступов для управления свойствами квантовых точек теллурида ртути, излучающих в ИК-диапазоне спектра. Такая метаповерхность изготавливается простым лазерным методом и позволяет на порядок усилить яркость и направленность излучения нанесенного слоя квантовых точек.
Статья об этом опубликована в журнале Advanced Functional Materials. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 21–79–10197).
Квантовые точки теллурида ртути (HgTe) обладают большим потенциалом для создания устройств для ближнего и среднего ИК-диапазонов, в том числе компактных приемников и источников излучения. Однако с ростом длины волны при переходе в ИК-диапазон спектра интенсивность свечения квантовых точек резко снижается. Потенциальным решением данной проблемы может стать создание устройств, в которых квантовые точки объединяются с метаповерхностями, позволяющими усилить интенсивность их свечения.
Команда физиков из ИАПУ ДВО РАН с коллегами из Китая и Испании смогли создать такую метаповерхность из тонкой пленки золота, на которой с помощью лазерной печати записывалась решетка нановыступов. Геометрическое расположение нановыступов подбиралось таким образом, чтобы обеспечить метаповерхности резонансные оптические свойства в области спектра, совпадающей со спектральным диапазоном излучения квантовых точек. За счет этого для слоя толщиной всего в одну квантовую точку (монослоя) удалось добиться 12-кратного усиления интенсивности спонтанного излучения, сфокусировав его в вертикальном направлении.
«Ключом к достижению высокой яркости излучения квантовых точек стали не только разработка и оптимизация дизайна самой метаповерхности, но и сверхточная настойка расстояния между ней и нанесенным монослоем квантовых точек. В нашем случае для этих целей использовался прозрачный слой-разделитель диоксида алюминия оптимальной толщиной в 10 нанометров», – комментирует один из создателей метаповерхности младший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Дмитрий Павлов.
Область применения разработанной учеными из ИАПУ ДВО РАН метаповерхности не ограничивается описанной в статье технологией управления светоизлучающими характеристиками квантовых точек.
«Уникальные оптические свойства массивов нановыпуклостей связаны с наличием в них особых типов высокодобротных оптических резонансов, называемых связанными состояниями в континууме. Метаповерхности, поддерживающие такие резонансные моды, могут пригодиться для разработки высокочувствительных газовых и биосенсоров, а также сверхплотной записи оптической информации», – рассказал руководитель коллектива, ведущий научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.
Лазерная печать, которую использовали учёные для создания таких метаповерхностей, – это простой и доступный метод, что делает описанную разработку на шаг ближе к реальным практическим применениям.
Источник: https://scientificrussia.ru/