In een nieuwe publicatie van Opto-elektronische vooruitgang , onderzoekers onder leiding van professor Andrei V. Lavrinenko en Dr. Pavel N. Melentiev van de DTU Fotonik-afdeling Photonics Engineering, Technische Universiteit van Denemarken, Lyngby, Denemarken en de Nanoplasmonics and Nanophotonics Group, Instituut voor Spectroscopie RAS, Moskou, Rusland bespreekt fotoluminescentiecontrole door hyperbolische metamaterialen en meta-oppervlakken.

fotoluminescentie, emissie van licht uit materialen, inclusief fluorescentie, speelt een grote rol in een breed scala aan toepassingen, van biomedische detectie en beeldvorming tot opto-elektronica. Daarom, de verbetering en controle van fotoluminescentie heeft een enorme impact, zowel op fundamenteel wetenschappelijk onderzoek als op bovengenoemde toepassingen. Onder verschillende nanofotonische schema's en nanostructuren om de fotoluminescentie te verbeteren, de auteurs van dit artikel richtten zich op een bepaald type nanostructuren, hyperbolische metamaterialen (HMM's) en meta-oppervlakken. HMM's zijn zeer anisotrope metamaterialen, die intense gelokaliseerde elektrische velden produceren, wat leidt tot verbeterde interacties tussen licht en materie en controle van de emissierichting. Belangrijke bouwstenen van HMM's zijn metalen en diëlektrische lagen en/of greppels en metalen nanodraadstructuren, die kan worden gemaakt van edele metalen, transparante geleidende oxiden, en vuurvaste metalen als plasmonische elementen. Wat heel belangrijk is, door hun structuur van HMM's, zijn niet-resonante constructies die fotoluminescentieverbetering bieden in brede golflengtebereiken. Hyperbolische metasurfaces zijn tweedimensionale varianten van HMM's.

In deze recensie, de auteurs bespreken de huidige voortgang in fotoluminescentiecontrole met verschillende soorten HMM's en meta-oppervlakken. Aangezien verliezen onvermijdelijk zijn in het optische domein, actieve HMM's met versterkingsmedia voor compensatie van de absorptieverliezen van de structuren worden ook besproken. Dergelijke HMM's stimuleren de fotoluminescentie van kleurstofmoleculen, kwantum stippen, stikstof-leegstand centra in diamant, perovskieten en overgangsmetaal dichalcogeniden voor optische golflengten van UV tot nabij-infrarood (λ =290-1000 nm). Door de combinatie van samenstellende materialen en structurele parameters, een HMM kan worden ontworpen om fotoluminescentie te beheersen in termen van verbetering, emissierichting, en statistieken (emissie van één foton, klassiek licht, laserstraling) bij elk gewenst golflengtebereik binnen de zichtbare en nabij-infrarode golflengtegebieden. HMM-gebaseerde systemen kunnen dienen als een robuust platform voor tal van toepassingen, van lichtbronnen tot bio-imaging en sensing.