Ученые объединили источник света и излучающую наноантенну в пределах одной наночастицы

Наноразмерные источники света и светоизлучающие наноантенны уже нашли применение в нескольких областях, включая пиксели высококачественных дисплеев, технологии детектирования света и оптические телекоммуникации. Однако, крупномасштабное производство оптических компонентов, основанных на различных наноструктурах, является весьма сложным делом, ведь подходящие для массового производства материалы, как правило, обладают ограниченной эффективностью по отношению к люминесценции. Более того, единичные квантовые точки или молекулы излучают свет в случайных направлениях, что уменьшает их полезную эффективность. Решением проблемы создания высокоэффективных наноразмерных источников света является размещение наноразмерного источника света в непосредственной близости от светоизлучающей наноантенны, но это также связано с рядом технологических трудностей.

Исследовательская группа из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) нашла способ объединения наноантены и источника света в пределах одной единственной наночастицы. Благодаря этому получена возможность усиления и направления излучения в заданном направлении, а делается это за счет резонанса, в котором принимают участие экситоны, экзотические квазичастицы, состоящие наполовину из материи и наполовину из света.

«Мы использовали гибридный перовскит в качестве материала светоизлучающей наноантенны» — пишут исследователи, — «Мы изготовили тонкие перовскитовые пленки и создали из них наночастицы заданной формы, используя свет мощного импульсного лазера. По сравнению с другими подобными методами, наш метод прост и рентабелен».

Изучая созданные ими же перовскитовые наночастицы, исследователи обнаружили, что интенсивность излучаемого ими света может быть увеличена, если частота этого света соответствует частоте так называемого Mie-резонанса. «Созданная нами комбинация экситонов с Mie-резонансом в перовскитовых наночастицах делает их эффективными источниками света, работающими при комнатной температуре».

Кроме того, спектр света, излучаемого наночастицами, может быть изменен путем изменения концентрации анионов в материале. «Структура материала, при этом, остается практически неизменной, просто мы используем разные компоненты при синтезе тонкопленочного перовскита. Таким образом мы можем получить наночастицы, излучающие синий, красный, зеленый и любые другие цвета и оттенки света видимого спектра».

В дальнейшем ученые из ИТМО продолжат исследовать перовскитовые светоизлучающие наночастицы, при изготовлении которых будут использоваться разные компоненты и химические вещества. Параллельно с этим будет вестись разработка технологий промышленного производства, при помощи которых в будущем могут быть созданы дисплеи и компактные оптические устройства со светоизлучающими наночастицами-наноантеннами.