15 ноября 2021

Ученые лаборатории нано-биоинженерии ИФИБ НИЯУ МИФИ изучили эффект сильной связи «свет-вещество» в «нанозвездочках»

Ученые лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) ИФИБ НИЯУ МИФИ в сотрудничестве с коллегами из Франции и Испании выполнили исследование в области нанофотоники, изучив эффект сильной связи «свет-вещество» в «нанозвездочках». Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Luminescence (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022231321006736?...).

Системы, основанные на эффекте сильной связи между плазмонами металлических наночастиц и экситонными переходами в люминофорах с образованием гибридных плекситонных (плазмон + экситон) состояний, активно разрабатываются и изучаются благодаря широкому спектру их практических приложений — от квантовых вычислений до управления течением химических реакций.

Авторы исследования разработали систему, где в качестве экситонного компонента выступают J-агрегаты органического флуоресцентного красителя, а в качестве плазмонного — специально синтезированные золотые наночастицы сложной формы («нанозвездочки»). Эта последняя особенность позволяет увеличить эффективность возбуждения плазмонов благодаря эффекту взаимодействия плазмонов «ядра» и «лучей» нанозвездочки.

Полученная в разработанной гибридной системе устойчивая сильная связь позволила увеличить скорость спонтанного излучения гибридной системы по механизму эффекта Парсела в 6 раз, по сравнению с чистыми J-агрегатами красителей, и достичь очень высоких значений расщепления Раби (230 мЭв), одного из основных показателей силы связи «свет-вещество» в подобных гибридных системах.

Новая разработка не только открывает возможности более глубокого понимания механизмов сильной связи в плекситонных системах, но и может стать основой для новых технических разработок в таких областях, как квантовые технологии и поляритонная химия. Кроме того, эффект усиления спонтанного излучения может лечь в основу будущих гибридных лазерных систем с беспороговой генерацией когерентного излучения.

Journal of Luminescence, выпускаемый издательством Elsevier, — международный междисциплинарный журнал высшей категории качества Q1, публикующий работы связанные с изучением электронных возбужденных состояний вещества.

Выполненная работа поддерживается Российским Национальным Фондом, грант № 21-79-30048.