Plasmonische oppervlakteroosterresonanties (SLR's) ondersteund door metalen nanodeeltjesarrays hebben veel voordelen, zoals sterke veldverbeteringen die zich uitstrekken over grote volumes, evenals een lange levensduur, smalle lijnbreedtes, hoekafhankelijke spreiding, en een breed scala aan afstembaarheid van golflengten.

Om de prestaties van op SLR gebaseerde nanofotonische apparaten zoals nanolasers te verbeteren, niet-lineaire optische apparaten, en optische sensoren, er is veel energie gestoken in het verbeteren van de kwaliteitsfactoren van spiegelreflexcamera's.

Een onderzoeksgroep onder leiding van Dr. Li Guangyuan van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft ontdekt dat nanohemisphere-arrays de kwaliteitsfactoren van spiegelreflexcamera's aanzienlijk kunnen verbeteren.

De studie van de groep, getiteld "Uitzonderlijk smalle plasmonische oppervlakteroosterresonanties in gouden nanohemisphere-array, " werd gepubliceerd in de Journal of Physics D:Applied Physics op 24 augustus.

In eerdere onderzoeken is SLR's werden voornamelijk ondersteund door periodieke metalen nanostaafjes. Volgens een recente recensie, de kwaliteitsfactoren van dergelijke spiegelreflexcamera's zijn ~150 voor zichtbaar licht, ~300 voor telecomgolflengten, en ~500 voor het mid-infraroodregime, respectievelijk.

Hoewel de roostervorm van vitaal belang is voor kwaliteitsfactoren, studies met verschillende geometrieën leidden niet tot een verwachte opmerkelijke vernauwing van gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties (LSPR's) geassocieerd met deze deeltjes.

In dit onderzoek, de onderzoekers onderzochten spiegelreflexcamera's ondersteund door een 2-D periodieke nanohemisfeer-array ingebed in een symmetrische diëlektrische omgeving. Hun simulatieresultaten toonden aan dat out-of-plane spiegelreflexcamera's een ultrasmalle resonante lijnbreedte (~ 0,9 nm) kunnen hebben bij zichtbare golflengten rond 715 nm.

Dit resultaat kwam overeen met een uitzonderlijk hoge kwaliteitsfactor van 794, die een orde van grootte groter was dan die van algemeen aanvaarde nanostaafjes.

In aanvulling, het team liet ook zien hoe factoren van hoge kwaliteit kunnen worden bereikt op basis van ontstemming tussen de Rayleigh-anomalie en de LSPR van een geïsoleerd nanodeeltje.

"De energiestroom plant zich voort langs het oppervlak en omzeilt het nanodeeltje, die een stroom nabootst die een steen omzeilt, " zei Dr. Li Guangyuan. "We weten allemaal dat een ronde steen zwakkere verstoringen introduceert. Dit inspireerde ons om nanostaafjes te vervangen door nanohemisferen."

De onderzoekers gaan nu door met het fabriceren van 2-D nanohemisphere array-patronen met gecontroleerde functiegrootte en vorm, wat uitdagend maar haalbaar is.

Ze geloven dat spiegelreflexcamera's die worden ondersteund door een 2-D nanohemisphere-array, met factoren van veel hogere kwaliteit dan nanostaafjes, aantrekkelijk zal zijn in diverse toepassingen, inclusief nanolasers, niet-lineaire optica, en ultragevoelige detectie.