硅而不是金属的纳米颗粒阵列是改善纳米光子器件的关键

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

共振纳米光子学在提高光伏电池，LED和光电探测器的效率方面显示出希望。从历史上看，纳米光子学界一直使用金属纳米粒子，其中粒子中的自由电荷在与入射电磁波的电场相互作用后振荡。近年来，焦点已转移到由半导体材料（例如硅）制成的纳米粒子，与自由电荷相反，光与与原子结合的电子相互作用。对于金属纳米颗粒，光与半导体纳米颗粒之间的相互作用可表现出振荡或共振响应。埃因霍温理工学院（TU / e；荷兰）和京都大学（日本）的研究人员正在研究将半导体纳米结构用于纳米光子学。

一种新的研究途径涉及强耦合机制，其中光与纳米粒子材料之间的相互作用足以改变材料的基本特性。实际上，在物质具有某些光属性而光具有某些物质属性的情况下，产生了杂交。当有机材料用于光电设备时，关键问题是照明时材料的降解以及电荷可传播的距离短。强耦合将有助于限制这些负面影响。现在，TU / e和Kyoto研究人员已经实现了有机材料与多晶硅纳米粒子阵列之间的电和磁振荡的强耦合。他们还表明，相互耦合的多晶硅纳米颗粒的规则阵列可以隔离电和磁振荡。结果，当染料分子靠近阵列时，染料分子与硅纳米颗粒阵列之间更强的偶联导致从分子的光发射增强。例如，当与纳米粒子阵列的电场耦合时，在某些方向观察到20倍的增强，而当与磁场耦合时，则得到五倍的增强。这可能会影响未来的LED设计。染料分子与硅纳米颗粒阵列之间更强的偶联导致从分子的光发射增强。例如，当与纳米颗粒阵列的电场耦合时，在某些方向上观察到20倍的增强，而当与磁场耦合时，观察到5倍的增强。这可能会影响未来的LED设计。染料分子与硅纳米颗粒阵列之间更强的偶联导致从分子的光发射增强。例如，当与纳米粒子阵列的电场耦合时，在某些方向观察到20倍的增强，而当与磁场耦合时，则得到五倍的增强。这可能会影响未来的LED设计。参考：GW Castellanos等人， ACS Photonics （2020）， https://doi.org/10.1021/acsphotonics.0c00063 和 S. Murai等。，高级选择。母校（2020），https：//doi.org/10.1002/adom.201902024。