Метаповерхность из золотых нановыступов для управления свойствами квантовых точек теллурида ртути (HgTe), излучающих в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, разработала команда физиков из Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН с коллегами из Китая и Испании, 6 октября сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.

Метаповерхность, изготовленная простым методом лазерной печати, позволяет на порядок усилить яркость и направленность излучения нанесенного на нее слоя квантовых точек HgTe.

Результаты работы ученые представили в статье «Напечатанная лазером плазмонная метаповерхность, поддерживающая связанные состояния в континууме, усиливает и формирует инфракрасное спонтанное излучение связанных квантовых точек HgTe», опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.

Квантовые точки — наноразмерные полупроводниковые частицы, у которых оптические и электронные свойства подчиняются законам квантовой механики. У теллурида ртути свойства квантовых точек предполагают их использование для создания устройств ближнего и среднего ИК-диапазонов, таких как компактные приемники и источники соответствующего излучения.

Однако рост длины волны в ИК-диапазоне спектра приводит к резкому снижению интенсивности свечения квантовых точек. Решить эту проблему могут устройства, в которых квантовые точки объединяются с метаповерхностями, усиливающими интенсивность их свечения.

Команда российских и китайских физиков создали такую метаповерхность из тонкой пленки золота с решеткой из нановыступов, нанесенной лазерной печатью. При этом геометрическое расположение нановыступов было подобрано так, чтобы обеспечить метаповерхности резонансные оптические свойства в диапазоне, совпадающем с излучением квантовых точек.

Ученые, используя эффект резонанса, добились 12-кратного усиления интенсивности спонтанного излучения, сфокусированного в вертикальном направлении, за счет слоя толщиной всего в одну квантовую точку.

Один из создателей метаповерхности, младший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Дмитрий Павлов, пояснил:

«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 из диоксида алюминия оптимальной толщиной в 10 нанометров».

Метаповерхность, созданная в ИАПУ ДВО РАН, может быть использована не только для управления светоизлучающими характеристиками квантовых точек. Как рассказал руководитель коллектива, ведущий научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак, «метаповерхности, поддерживающие такие резонансные моды, могут пригодиться для разработки высокочувствительных газовых и биосенсоров, а также сверхплотной записи оптической информации».