Onderzoekers hebben een methode gevonden om de stralingskleur van lichtbronnen met nanogrootte omkeerbaar aan te passen. Eerder, stralingskleur kon alleen worden gespecificeerd tijdens de synthese van nanodeeltjes, maar nu kan het worden gewijzigd na synthese. Stabiliteit en elektromagnetische resonanties van de deeltjes blijven behouden tijdens deze aanpassing. Dit maakt ze veelbelovend voor optische chips, LED's en opto-elektronische apparaten. De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-letters .

Resonantie is het samenvallen tussen frequenties van twee oscillaties die hun intensiteit verhogen. Een halve eeuw geleden, de Italiaanse theoretisch fysicus Hugo Fano beschreef een speciaal type resonantie met een asymmetrisch profiel als gevolg van de interferentie van twee golfprocessen. Vanaf dat moment, Fano-resonantie is actief gebruikt in fotonica, bijvoorbeeld, om snelle optische schakelaars te maken, die elementen zijn van fotonische geïntegreerde schakelingen. De reductie van dergelijke schakelaars naar nanoschaal zal de prestaties van fotonische chips drastisch verhogen door een groot aantal elementen in één apparaat te integreren.

Onderzoekers van de ITMO University, samen met collega's uit Zweden, Australië, de Verenigde Staten en Litouwen, hebben Fano-resonantie ontdekt in perovskiet-nanodeeltjes en controle gekregen over het resonantiespectrum voor een reeks anorganische nanodeeltjes. Om dit te doen, ze stelden een nieuwe methode voor om de straling van nanodeeltjes af te stemmen. In plaats van verschillende soorten deeltjes te synthetiseren, ze stelden voor om de samenstelling van één kant-en-klaar deeltje te veranderen door een speciale chemische behandeling. Aangezien deze aanpassing omkeerbaar is, het kan vele malen worden herhaald zonder de stabiliteit van de deeltjes en de intensiteit van hun straling te veranderen.

"We hebben experimenten uitgevoerd met enkele organo-anorganische perovskiet-nanodeeltjes, evenals met een ongeordende reeks volledig anorganische nanodeeltjes gedispergeerd in de polymeermatrix. In beide gevallen zijn we erin geslaagd om Fano-resonanties te registreren, maar de omkeerbare afstemming was alleen mogelijk voor anorganische deeltjes. Ze omvatten broomanionen, en tijdens de aanpassing, we hebben de broomatomen omkeerbaar veranderd in de chlooratomen. Dit maakt het mogelijk om het emissiespectrum van deeltjes te verschuiven in het bereik van 420-520 nm. Organo-anorganische nanodeeltjes bleken ongeschikt voor een vergelijkbare aanpassing van fotofysische eigenschappen vanwege de aanwezigheid van organische kationen in hun structuur, " zegt Anatoly Pushkarev, onderzoeksmedewerker bij het Laboratorium voor Hybride Nanofotonica en Opto-elektronica van de ITMO University.

Volgens de onderzoekers is de voorgestelde methode voor het afstemmen van het emissiespectrum van perovskiet nano-antennes is universeel. Het kan worden toegepast op andere anorganische nanostructuren op basis van loodhalogeniden. Dus, het is mogelijk om met een minimale hoeveelheid nanodeeltjes complexe opto-elektronische apparaten op een chip te krijgen. Dergelijke miniatuurapparaten kunnen dienen voor gegevensoverdracht en -verwerking, maar ook om te voelen.

"De resultaten die we hebben verkregen zijn veelbelovend, niet alleen voor de creatie van fotonische geïntegreerde schakelingen. De reconstructie van het emissiespectrum van de nanodeeltjesreeks en de verandering in de positie van de Fano-resonantie in hun optische absorptiespectrum kan worden gebruikt, bijvoorbeeld, om de concentratie van waterstofhalogenidedamp (HCl, HBr, HI) in het midden, " zegt Ekaterina Tiguntseva, een afgestudeerde student van de Faculteit Natuurkunde en Technologie van de ITMO University.