Впервые созданы светящиеся наноантенны

13.02.2018

Новые источники света на основе перовскита размером в несколько сотен нанометров разработали молодые ученые из Университета ИТМО. Излучение таких наночастиц можно усиливать и направлять без дополнительных устройств — они одновременно являются и источником света, и наноантенной, сообщается на сайте университета. Меняя состав материала при синтезе наночастиц, можно с легкостью варьировать спектр излучения во всем видимом диапазоне. Это делает новые наноантенны перспективной основой для создания компактных оптоэлектронных устройств — оптических чипов, светодиодов или сенсоров. Результаты опубликованы в Nano Letters — одном из ведущих журналов в области нанофотоники.

Наноразмерные источники света и наноантенны имеют множество сфер применения. На их основе сейчас создаются сверхкомпактные пиксели, с их помощью изучают процессы в живых клетках на молекулярном уровне или, например, передают информацию в компактных оптических схемах. Однако сейчас создание устройств на основе таких наноструктур осложнено тем, что материалы, которые обычно используются для наноантенн, обладают очень низкой эффективностью свечения. Кроме того, необходимо отдельно создавать источники света и наноантенны, а затем размещать их рядом, а это технологически сложная задача.

Сотрудники Университета ИТМО нашли способ объединить наноантенну и источник света в одной наночастице. Она может генерировать, усиливать и направлять свет.

«Материалом для наших частиц служит органо-неорганический перовскит. Именно он позволил нам сделать такие наноантенны, — рассказывает Екатерина Тигунцева, ведущий автор статьи. — При этом способ, который мы придумали для получения наноантенн, сравнительно прост. Мы синтезируем перовскитную пленку и формируем из нее наночастицы методом лазерной абляции. Другими словами, мы используем отдельные лазерные импульсы, чтобы перенести частицы перовскита с поверхности пленки на другую подложку. По сравнению с другими методиками получения наночастиц это не требует больших затрат».

Изучая полученные перовскитные наночастицы, ученые обнаружили, что их излучение усиливается, если спектр излучения совпадает с Ми-резонансами.

«Эти резонансы названы в честь выдающегося немецкого ученого Густафа Ми, — рассказывает Георгий Зограф, сотрудник лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО. — Он разработал общую теорию взаимодействия света с субволновыми сферическими объектами. Сейчас активно изучаются Ми-резонансы в диэлектрических и полупроводниковых наночастицах. Перовскит, используемый в нашей работе, — тоже полупроводник, эффективность свечения которого существенно превосходит многие материалы. В этой работе нам удалось показать, что совмещение Ми-резонанса перовскитных наночастиц со спектром излучения позволяет получить максимально эффективные субволновые источники света при комнатной температуре».

Кроме того, спектр излучения наночастиц можно менять, варьируя анионы в составе материала.

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники является частью Международного научного центра нанофотоники и метаматериалов на мегафакультете фотоники, созданном в Университете ИТМО в рамках реализации Проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (проект 5–100).

Мегафакультет решает задачи, отвечающие на глобальные вызовы в таких областях, как телекоммуникации, производство, энергетика, медицина и экология. Один из ключевых вызовов — разработка механизмов интеграции фотоники и электроники в качестве платформы для изготовления недорогих и эффективных систем на кристалле с целью применения в сфере связи, сенсорики, медицины и энергетики.