Il ruolo delle anomalie di Rayleigh nel processo di accoppiamento dei reticoli plasmonici e nel controllo delle proprietà di emissione di molecole organiche | Gruppo della lamiera di acciaio di Guangzhou

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 3218 (2022) Citare questo articolo

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Riportiamo l'indagine sull'influenza delle schiere metalliche periodiche sulle proprietà di emissione degli emettitori organici. Preliminarmente, lo studio del processo di accoppiamento tra nanoparticelle attraverso l'analisi degli spettri di estinzione relativi alle anomalie di Rayleigh indicano il ruolo cruciale di queste ultime nel definire la natura dei modi del reticolo eccitato. I risultati ottenuti sottolineano che le Anomalie di Rayleigh possono essere considerate come l'intermedio tra le risposte plasmoniche individuali e fotoniche collettive. Successivamente, gli studi sperimentali e numerici delle modalità reticolari e dei loro effetti associati sulla durata e sulla direttività dell'emissione degli emettitori vicini indicano che la regolazione dei parametri geometrici del reticolo offre la possibilità di selezionare un particolare processo di accoppiamento da un effetto localizzato a una risposta di campo lontano. A seconda della forza di accoppiamento, l'emissione può essere fortemente alterata aumentando la densità degli stati o fornendo ordini diffrattivi. Alla fine, questo studio riporta che le anomalie di Rayleigh svolgono il ruolo di una fonte di eccitazione che spinge le nanoparticelle ad agire come un insieme di oggetti diffrattivi per modellare l’emissione in modo che sia altamente direttiva.

Nel corso di diversi anni, è stata prestata grande attenzione alle nanoparticelle metalliche (NP) accoppiate in array monodimensionali (1D) e bidimensionali (2D)1,2. Sono stati riportati numerosi studi sulle loro proprietà modalità collettive3,4,5,6. In particolare, molti lavori hanno dimostrato il possibile confinamento ad alta energia e aumento del campo elettrico utilizzando array plasmonici7,8,9. I modi eccitati sono sensibili a diversi parametri, come la polarizzazione e l'angolo della luce incidente, i parametri del reticolo geometrico e gli indici di rifrazione dei mezzi circostanti. Inoltre, le interazioni tra le NP possono avere un impatto importante sulle prestazioni dei dispositivi ottici in cui vengono utilizzate. Nel caso particolare delle sorgenti luminose, queste interazioni sono cruciali poiché i reticoli NP influenzano drasticamente le caratteristiche di emissione degli emettitori vicini. Infatti, a seconda di diversi parametri di accoppiamento, gli effetti plasmonici10 possono potenziare o attenuare l'emissione di molecole attive. Gli array di nanoparticelle presentano anche anomalie di Rayleigh11, che sono associate ad un fenomeno di diffrazione ad angolo radente nel piano della struttura. Appaiono sugli spettri di estinzione come picchi netti e dipendono in particolare dall'angolo dell'onda incidente, dall'indice del mezzo circostante e dal periodo reticolare11,12. Fisicamente sono dovuti alla comparsa o alla scomparsa di un ordine di diffrazione, che corrisponde ad una modificazione da un modo evanescente ad uno propagante e viceversa.

È stato dimostrato che per brevi periodi di reticolo, quando la discordanza spettrale tra la risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR) e le anomalie di Rayleigh (λRA) è ampia, il reticolo mostra solo caratteristiche plasmoniche localizzate. Tuttavia, quando si sceglie una costante reticolare paragonabile a λRA, le strutture sostengono le cosiddette risonanze reticolari superficiali (SLR), modalità miste che condividono sia proprietà plasmoniche (LSPR) che fotoniche13. Queste reflex sono modalità di vita lunga, delocalizzate su più celle del reticolo. Appaiono come risonanze strette con fattori di alta qualità che indicano le basse perdite subite da questi stati ibridi. La presenza delle Anomalie di Rayleigh nella struttura sembra essere una condizione necessaria per eccitare le modalità SLR. A queste specifiche lunghezze d'onda, le NP partecipano a fenomeni di diffrazione collettiva in cui l'energia è distribuita nel piano dell'array.

In realtà, sono stati distinti due regimi14: uno puramente plasmonico in cui l'intensità del modo è confinato in prossimità della nanoparticella e uno ibrido, in cui il modo superficiale si propaga sulla struttura risultante da una diffusione coerente della luce nell'array. Queste modalità SLR eccitate sono state descritte come modalità miste di vibrazioni plasmoniche localizzate combinate con onde radenti diffratte15.

430\,{\text{nm}}\)./p> 430\,{\text{nm}})\), we observe that the resonance peak of the UB becomes thinner (FWHM \(= 20.4\,{\text{nm}}\)) with an SLR-like behavior whereas the peak of the LB becomes broader (FWHM \(= \,51\,{\text{nm}}\)) with an LSPR-like behavior./p> 430 nm./p> 430\,{\text{nm}})\), the initially LSPR mode penetrates the zone of the Rayleigh anomalies and an inverted trend is observed: the initial LSPR follows the dispersion of the Rayleigh anomalies in contrary to the peak of the SLR branch that exhibits a large resonance./p> 430 nm./p> 430\,{\text{nm}}\) the factor decreases to \(\sim 4\%\) at \(p = 455\,{\text{nm}}\)./p> \lambda /n_{d}\) ; with \(\lambda /n_{d} \sim 358nm\) corresponding to the excitation of \(\left( { + 1;0} \right)\) Rayleigh anomalies at \(\varphi_{d} = 0\) under a normal incidence \(\theta_{inc} = 0\)./p>