p Fontes nanolight baseadas em excitons ressonantes de plasmons próximos a uma nanoestrutura metálica afiada têm atraído grande interesse em nanoimagem ótica. Contudo, o fenômeno ressonante só funciona para um tipo de comprimento de onda que ressoa com plasmons. Em comparação com a ressonância plasmônica, o método alternativo de nanofocagem de plasmon pode gerar uma fonte de nanolight por meio da propagação e compressão de plasmons em uma nanoestrutura metálica cônica, independente do comprimento de onda, devido à sua dependência da propagação. Em um novo relatório sobre Avanços da Ciência , Takayuki Umakoshi e uma equipe de pesquisa em física aplicada e química no Japão geraram uma fonte nanolight branca que abrange toda a faixa de luz visível por meio da nanofocagem de plasmon. Usando o processo, eles demonstraram nanoimagem espectral de bandgap de nanotubos de carbono (CNTs). A demonstração experimental da fonte do nanolight branco permitirá que diversos campos de pesquisa avancem em direção à próxima geração, tecnologias nanofotônicas. p A coexistência de múltiplos comprimentos de onda de luz em um volume nanométrico confinado pode constituir um efeito óptico interessante. O nanolight exclusivo é, portanto, uma plataforma promissora para diversos campos de pesquisa, fornecendo oportunidades para sondar uma amostra em uma gama de comprimentos de onda, ou induzir interações luz-luz entre diferentes comprimentos de onda na nanoescala. As antenas ópticas têm desempenhado um papel importante nas últimas décadas para confinar a luz em nanoescala por meio de ressonâncias plasmônicas localizadas em nanoestruturas metálicas. levando a pesquisas sem precedentes em nanolight, incluindo o aumento do campo de luz. Uma vez que a ressonância de plasmon é um fenômeno ressonante, não pode facilitar a geração nanolight de banda larga, Portanto, como resultado, A nanofocagem de plasmon ganhou maior atenção como uma alternativa para gerar fontes de nanolight. Durante o processo, uma fonte de luz em nanoescala pode ser projetada por propagação e superfocagem de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) no ápice de um metal, superestrutura cônica. O trabalho levou a um enorme aprimoramento do campo de luz em nanoescala, no ápice e resultou em iluminação sem fundo. Os cientistas exploraram a propriedade de banda larga resultante para a mistura de quatro ondas com uma alta eficiência de conversão não linear. A fonte de luz de banda larga nanofocada de plasmon é uma ferramenta poderosa em diversos campos de pesquisa.

p Nesse trabalho, Umakoshi et al. introduziu uma fonte nanolight branca que abrange toda a faixa de comprimento de onda visível - gerada por meio de nanofocagem de plasmon. Eles mostraram imagens ópticas de banda larga de energia de banda larga de nanotubos de carbono usando a fonte nanolight branca. Embora a nanofocagem de plasmon possa ser estimulada em uma ampla faixa de comprimento de onda, os pesquisadores só o utilizaram na faixa do infravermelho próximo, devido às limitações dos materiais que constituem a estrutura afilada. Eles usaram ouro como material para formar estruturas cônicas cônicas e reduzir as perdas ôhmicas, mas esses experimentos permaneceram na faixa do infravermelho próximo e não na faixa do visível ou ultravioleta. Umakoshi et al. também desenvolveu recentemente um método de fabricação eficiente para formar estruturas metálicas cônicas com base na evaporação térmica, onde a construção incluiu um cantilever de silício disponível comercialmente com uma ponta piramidal. Usando uma superfície da pirâmide como base, eles obtiveram um cone metálico bidimensional e criaram um revestimento metálico extremamente liso aplicável a uma variedade de tipos de metal, incluindo prata. Usando o cone prateado, a equipe obteve uma nanofocagem de plasmon altamente eficiente com 100 por cento de reprodutibilidade em 642 nm e conduziu uma nanofocagem de plasmon branco em uma ampla faixa de comprimentos de onda visíveis.

p Projeto e engenharia de uma estrutura metálica cônica para nanofocagem de plasmon de banda larga

p Umakoshi et al. desenvolveu uma estrutura metálica cônica para manter uma fonte nanolight branca de banda larga em uma ponta piramidal de silício oxidado com uma fina camada de prata revestida em uma superfície da pirâmide. Usando uma única fenda de 200 nanômetros (nm) em prata, eles acoplaram a luz na faixa do visível, e calculou as distribuições de campo elétrico na vizinhança do ápice em múltiplos comprimentos de onda de excitação usando o método de domínio de tempo de diferença finita (FDTD). A equipe observou fortes campos elétricos confinados na ponta do ápice em comprimentos de onda de excitação que variam de 460 nm a 1200 nm. O trabalho mostrou como uma fenda de 200 nm de largura gerou uma fonte nanolight de banda larga que se estende por toda a região visível para alcançar a região do infravermelho próximo. Durante o processo de fabricação, os cientistas usaram uma ponta cantilever de silício disponível comercialmente com uma forma piramidal. Eles oxidaram o cantilever de silício e desenvolveram um revestimento de prata lisa com rugosidade de superfície de 1 nm para reduzir a perda de energia durante a propagação de SPP (polariton de plasmon de superfície).

p Geração de uma fonte de luz branca por meio de nanofocagem de plasmon e condução de imagem espectral de bandgap

p Para entender o processo de produção de luz branca confinada por meio da estrutura cônica com base na nanofocagem de plasmon, a equipe iluminou a estrutura da fenda com um laser supercontínuo coerente que se estendeu por uma ampla gama de comprimentos de onda. Quando a polarização do incidente era perpendicular à fenda, observaram o melhor acoplamento na configuração de acordo com as simulações. À medida que o comprimento de onda encurtava, a eficiência de espalhamento aumentou. Portanto, a equipe observou experimentalmente uma intensidade mais alta na faixa de comprimento de onda mais curta.

p Eles usaram a fonte de luz branca nanofocada de plasmon para realizar a nanoanálise espectral de CNTs (nanotubos de carbono). A fonte nanolight branca localizada na ponta do ápice interagiu com feixes de CNT contendo múltiplos bandgaps durante o experimento. O sinal de espalhamento aumentou durante o experimento para indicar fótons com a mesma energia que correspondia aos bandgaps dos CNTs. Umakoshi et al. em seguida, combinou a abordagem com a espectroscopia Raman para examinar a quiralidade da amostra CNT.

p A fonte de luz branca com foco em plasmon neste trabalho é um estado de luz fundamental e eficaz para a nanoimagem de bandgap. Este trabalho abrirá o caminho para uma variedade de aplicações possíveis, incluindo biomoléculas de sondagem para entender suas propriedades de absorção em resolução espacial em nanoescala. Uma fonte nanolight de banda larga de infravermelho médio também será produtiva em ciência de materiais e biologia molecular. Esta técnica também pode aumentar a capacidade analítica da espectroscopia Raman de superfície aprimorada para investigar vibrações moleculares.

p Desta maneira, Takayuki Umakoshi e seus colegas geraram uma fonte nanolight branca no ápice de uma estrutura de prata cônica usando nanofocagem de plasmon para realizar a nanoanálise de nanotubos de carbono. A equipe projetou e projetou uma estrutura cônica que induziu a nanofocagem de plasmon em uma ampla faixa de comprimento de onda. A técnica de bandgap espectral terá uma ampla gama de aplicações em nanoescala em ciência de materiais e pesquisa biológica. O trabalho demonstrado é apenas um único exemplo, com diversas aplicações possíveis com base em uma ferramenta ótica em nanoescala poderosa e fundamental com excelente flexibilidade de comprimento de onda. p © 2020 Science X Network