Новости химической науки > Алмазные зонтики эффективно собирают фотоны

Обычно, когда мы открываем зонтик, мы неизбежно оказываемся в тени, но это в нашем макромире, а вот наноразмерные зонтики могут стать очередным перспективным способом усиливать излучение света.

Взяв за основу результаты работы, посвященные усилению люминесценции с помощью алмазных наностержней, исследователи из Японии показали, что напоминающие по форме зонтик структуры алмаза с металлическими зеркалами у основания более эффективно собирают фотоны, чем наноразмерные «изделия» из алмаза других форм.

Изменяя форму алмазных наноструктур и придав им форму крошечных зонтиков, исследователи из Токийского Технологического Института экспериментально доказали, что интенсивность флуоресценции их структур в три-пять раз превышает интенсивность флуоресценции макроскопических частиц алмаза.

Рисунок из Applied Physics Letters, 2015; 107 (16): 163102

Работа была начата с формирования зонтикообразных структур с помощью уникальной «восходящей» технологии получения наночастиц, основанной на селективном и анизотропном росте нанообъектов через отверстия в металлической маске. Эта же маска служит зеркалом, самосовмещенным с алмазными наноструктурами.

Как отмечает руководитель исследования, Муцуко Хатано (Mutsuko Hatano), разработанные в его группе зонтикоподобные нанострукутры действуют подобно твердой иммерсионной линзе, понижая шанс отражения от верхней поверхности и фокусируя свет эмиссии в «нижнюю часть» наноструктуры.

Исследователь замечает, что самосовмещенное зеркало можно рассматривать как шаг вперед по направлению к увеличению эффективности сбора света за счет его перенаправления в нижнюю область наноструктуры, что достигается более эффективно, чем в случае различных других типов структур.

Значение открытия исследователей состоит также и в том, что более сильная интенсивность флуоресценции зонтикоподобных наноструктур может быть достигнута за счет оптимизации эффективности азотсодержащих центров, которые являются распространенными точечными дефектами алмаза, обеспечивающими более эффективную фотолюминесценцию. Такие азотные дефекты отличаются уникальными свойствами, к которым относится оптическая инициализация и детектирование спиновых состояний, стабильная и сильная флуоресценция, проявляемая даже одним точечным дефектом, а также продолжительное время нахождения в спиновом когерентном состоянии при комнатной температуре. Такие свойства делают азотные дефекты алмаза перспективными кандидатами для квантовых устройств будущего поколения, таких как магнетометры, квантовые компьютеры и биомедицинские сенсоры.

На следующем этапе исследования Хатано с коллегами планирует модифицировать технологию, чтобы достичь лучшего контроля формы наноструктур за счет оптимизации условий их выращивания с помощью метода химического осаждения паров.

Источник: Applied Physics Letters, 2015; 107 (16): 163102; DOI: 10.1063/1.4933103

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #фотохимия, фотокатализ