In een nieuwe publicatie van Opto-Electronic Advances, onderzoekers van de South China University of Technology, Guangzhou, China, bespreken silicium kubusvormige nanoantenne met gelijktijdige grote Purcell-factor voor elektrische dipool, magnetische dipool en elektrische quadrupool-emissie.

Het Purcell-effect wordt vaak gebruikt om de spontane emissiesnelheid te verhogen door de lokale omgeving van een lichtzender te wijzigen. De dichtheid van de fotontoestand nabij de lichtemittor kan worden aangepast via de metalen of diëlektrische nanoantennes, waardoor de spontane emissiviteit ervan wordt gewijzigd. Plasmonische nanoantennes vertonen buitengewone oppervlakte-plasmonresonanties die een sterk gelokaliseerd elektrisch veld creëren en de lokale fotonische toestandsdichtheid verhogen, wat resulteert in een verhoging van de spontane emissiesnelheid. Het effect gaat echter gepaard met ongewenste grote verliezen door sterke metaalabsorptie. Daarentegen bieden diëlektrische nanoantennes met een hoge permittiviteit en ondersteunende sterke Mie-resonanties het potentieel om manipulatie van lichtverstrooiing met weinig verlies te realiseren. Recente werken hebben aangetoond dat diëlektrische nanosferen van voldoende grote omvang de elektrische dipool (ED), magnetische dipool (MD) en elektrische quadrupool (EQ) resonantiemodi kunnen vertonen op de vlakke golfverlichting en ze zijn gebruikt om de MD-emissie te verbeteren, of om de ED- en MD-emissie te verbeteren met respectievelijk verschillende nanobolletjes. Het blijft echter onduidelijk of deze diëlektrische nanobolletjes of andere meer algemene diëlektrische nanostructuren kunnen worden gebruikt om tegelijkertijd de spontane emissie van ED, MD en EQ te verbeteren met een zeer laag verlies en met een grote omvang in vergelijking met de plasmonische nanostructuren.

De auteurs van dit artikel stellen een silicium diëlektrische nanoantenne voor om gelijktijdig elektrische dipool-, magnetische dipool- en elektrische quadrupool-emissie te versterken. Ze bestuderen de verstrooiingsdwarsdoorsnede, gepolariseerde ladingsverdeling en elektromagnetische veldverdeling voor elektromagnetische vlakke golven die de silicium diëlektrische kubusvormige nanoantenne verlichten, waardoor het gelijktijdige bestaan ​​​​van ED-, MD- en EQ-resonantiemodi in deze nanoantenne wordt geïdentificeerd. De berekende maximale Purcell-factor van de ED-, MD- en EQ-stralers bij verschillende oriëntaties binnen de nanoantenne is respectievelijk 18, 150 en 118, die optreden bij de resonantiegolflengte van respectievelijk 475, 750 en 562 nm, overeenkomend met de resonantiemodi in de nanoantenne en komt overeen met de blauwe, rode en groene kleuren. De kenmerken van de polarisatieladingverdeling helpen om de excitatie en straling van deze resonantiemodi te verduidelijken als de fysieke oorsprong van de grote Purcell-factor die tegelijkertijd optreedt in deze silicium kubusvormige nano-antenne. Deze theoretische resultaten kunnen helpen om de diëlektrische nanoantenne diepgaand te onderzoeken en te ontwerpen als een ideale kandidaat om ED-, MD- en EQ-emissie gelijktijdig te verbeteren met een zeer klein verlies in het zichtbare bereik, wat superieur is aan het meer populaire schema van de plasmonische nanoantenne. + Verder verkennen

Buitengewone modulatie van lichtpolarisatie met donkere plasmonen in magnetoplasmonische nanoholten