Ressonâncias de rede de superfície plasmônica (SLRs) suportadas por matrizes de nanopartículas de metal têm muitos méritos, como fortes aprimoramentos de campo estendidos em grandes volumes, bem como vidas longas, larguras de linha estreitas, dispersão dependente do ângulo, e uma ampla faixa de sintonia de comprimento de onda.

A fim de melhorar o desempenho de dispositivos nanofotônicos baseados em SLR, como nanolasers, dispositivos ópticos não lineares, e sensores ópticos, muito esforço foi colocado para melhorar os fatores de qualidade SLR.

Um grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Li Guangyuan dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências descobriu que as matrizes de nano-hemisfério podem melhorar significativamente os fatores de qualidade de SLRs.

O estudo do grupo, intitulado "Ressonâncias de rede de superfície plasmônica excepcionalmente estreita em matriz de nano-hemisfério de ouro, "foi publicado no Journal of Physics D:Física Aplicada em 24 de agosto.

Em estudos anteriores, SLRs eram suportados principalmente por nanobastões de metal periódicos. De acordo com uma revisão recente, os fatores de qualidade de tais SLRs são ~ 150 para luz visível, ~ 300 para comprimentos de onda de telecomunicações, e ~ 500 para o regime de infravermelho médio, respectivamente.

Embora a forma da rede seja vital para os fatores de qualidade, estudos envolvendo várias geometrias não levaram a um estreitamento notável antecipado de ressonâncias de plasmon de superfície localizada (LSPRs) associadas a essas partículas.

Neste estudo, os pesquisadores investigaram SLRs apoiados por uma matriz de nano-hemisférios periódicos 2-D incorporados em um ambiente dielétrico simétrico. Os resultados da simulação mostraram que as SLRs fora do plano podem ter uma largura de linha ressonante ultra-estreita (~ 0,9 nm) em comprimentos de onda visíveis em torno de 715 nm.

Este resultado correspondeu a um fator de qualidade excepcionalmente alto de 794, que era uma ordem de magnitude maior do que os nanobastões amplamente adotados.

Além disso, a equipe também mostrou como obter fatores de alta qualidade com base na dessintonia entre a anomalia de Rayleigh e o LSPR de uma nanopartícula isolada.

"O fluxo de energia se propaga ao longo da superfície e desvia da nanopartícula, que imita um riacho contornando uma pedra, "disse o Dr. Li Guangyuan." Todos nós sabemos que uma pedra redonda introduz perturbações mais fracas. Isso nos inspirou a substituir os nanobastões por nanohemisférios. "

Os pesquisadores agora continuam a fabricar padrões de matriz de nano-hemisférios 2-D com tamanho e forma de recursos controlados, o que é desafiador, mas viável.

Eles acreditam que as SLRs são suportadas por uma matriz de nano-hemisférios 2-D, apresentando fatores de qualidade muito mais elevados do que os nanobastões, será atraente em diversas aplicações, incluindo nanolasers, óptica não linear, e detecção ultrassensível.