Optische nanoantennes kunnen zich voortplantend licht omzetten in lokale velden. De lokale veldreacties kunnen zo worden ontworpen dat ze niet-triviale kenmerken vertonen in ruimtelijke, spectrale en temporele domeinen. Lokale-veldinterferenties spelen een sleutelrol bij de engineering van lokale-veldreacties. Door lokale veldinterferenties te beheersen, onderzoekers hebben lokale veldreacties aangetoond met verschillende ruimtelijke distributies, spectrale dispersies en temporele dynamiek. Er zijn verschillende vrijheidsgraden van het excitatielicht gebruikt om lokale veldinterferenties te beheersen, zoals polarisatie, straalvorm en straalpositie, en invalrichting. Ondanks opmerkelijke vooruitgang, het bereiken van volledig beheersbare lokale veldinterferenties blijft een grote uitdaging. Een volledig beheersbare lokale veldinterferentie moet bestuurbaar zijn tussen een constructieve interferentie en een volledig destructieve interferentie. Dit zou ongekende voordelen opleveren voor de engineering van lokale veldreacties.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers uit China, onder leiding van professor Sailing He van de Zhejiang University en professor Jianwei Tang van de Huazhong University of Science and Technology, hebben experimenteel aangetoond dat op basis van een volledig controleerbare lokale veldinterferentie ontworpen in de nanogap van een nanoantenne, een lokale hotspot kan worden omgezet in een koude plek, en de spectrale spreiding van de lokale veldrespons kan dynamisch afstembare Fano-lijnvormen vertonen met bijna verdwijnende Fano-dips. Door simpelweg de excitatiepolarisatie te regelen, de Fano-asymmetrieparameter q kan worden afgesteld van negatieve naar positieve waarden, en dienovereenkomstig, de Fano-dip kan over een breed golflengtebereik worden afgestemd. Bij de Fano-dips, de intensiteit van het lokale veld wordt sterk onderdrukt tot ~ 50-voudig.

De nanoantenne is een asymmetrisch dimeer van colloïdale gouden nanostaafjes, met een nanogap tussen de nanostaafjes. De local-field respons in de nanogap heeft de volgende kenmerken:een lokaal veld kan worden opgewekt door beide orthogonale polarisaties; tweede, de local-field polarisatie heeft een verwaarloosbare afhankelijkheid van de excitatiepolarisatie; derde, de lokale veldrespons is resonant voor één excitatiepolarisatie, maar niet-resonant voor de orthogonale excitatiepolarisatie. De eerste twee kenmerken maken de lokale veldinterferenties volledig controleerbaar. De derde functie maakt verder Fano-vormige lokale veldreacties mogelijk.

Voor experimentele studie van de lokale veldreacties, het is cruciaal om de lokale velden op gespecificeerde ruimtelijke en spectrale posities te onderzoeken. De wetenschappers gebruiken een enkele kwantumdot als een kleine sensor om het lokale veldspectrum in de nanogap van de nanoantenne te onderzoeken. Wanneer de kwantumstip in het lokale veld wordt geplaatst, het wordt opgewonden door het lokale veld, en de fotoluminescentie-intensiteit kan de lokale veldrespons onthullen door vergelijking met de fotoluminescentie-intensiteit die direct wordt opgewekt door het invallende licht.

Er zijn fantastische fabricagetechnieken nodig om zo'n kleine nanoantenne te fabriceren en de kleine quantum dot-sensor in de nanogap te plaatsen. De wetenschappers gebruiken de scherpe punt van een atoomkrachtmicroscoop (AFM) om dit werk te doen, nanodeeltjes tegen elkaar duwen op een glazen substraat.

De wetenschappers vatten de relevantie van hun werk samen:"Het veranderen van een local-field hotspot in een cold spot vergroot het dynamische bereik voor local-field engineering aanzienlijk. De gedemonstreerde low-background en dynamisch afstembare Fano-vormige local-field responsen kunnen bijdragen als ontwerpelementen toe aan de toolbox voor ruimtelijke, spectrale en temporele local-field engineering."

"Belangrijker, de lage achtergrond en hoge afstembaarheid van de Fano-lijnvormen geven aan dat lokale veldinterferenties volledig controleerbaar kunnen worden gemaakt. Aangezien lokale veldinterferenties een sleutelrol spelen in de ruimtelijke, spectrale en temporele engineering van de lokale veldreacties, deze bemoedigende conclusie kan verschillende ontwerpen van lokale veldreacties verder inspireren met nieuwe ruimtelijke distributies, spectrale dispersies en temporele dynamiek, die toepassing kunnen vinden in nanoscopie, spectroscopie, nano-optische kwantumcontrole en nanolithografie."