Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) introduziram uma plataforma de plasmóforo de conversão ascendente para permitir o controle preciso sobre a polarização de nanopartículas isotrópicas de conversão ascendente (UCNPs). Isto é conseguido acoplando ativadores de conversão ascendente com metassuperfícies suportadas pelo modo plasmon de lacuna anisotrópica cuidadosamente projetadas.



O acoplamento fóton-plasmon em sistemas híbridos é uma ferramenta poderosa para investigar interações luz-matéria em nanoescala, com aplicações potenciais em vários campos, incluindo lasers de estado sólido miniaturizados, espectrômetros ultracompactos, detecção molecular no chip e imagem polarimétrica. As UCNPs dopadas com lantanídeos são particularmente promissoras como fontes de luz quântica devido aos seus picos de emissão distintos, grande deslocamento anti-Stokes e excelente fotoestabilidade.

As impressões digitais espectroscópicas características fornecidas por esses picos de emissão facilitam a identificação precisa das informações. Embora sistemas híbridos de conversão ascendente tenham sido explorados para melhorar a fotoluminescência e a dinâmica de decaimento através do acoplamento plasmon-fóton de superfície, a simetria da rede cristalina de pequenas UCNPs torna difícil alcançar a anisotropia de polarização. Além disso, o controle da polarização da luz é essencial para diversas aplicações, como codificação de informações, tecnologia de exibição e sensoriamento biológico.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Liu Xiaogang do Departamento de Química da NUS, concebeu uma abordagem para obter controle preciso de polarização sobre UCNPs isotrópicos, acoplando ativadores de conversão ascendente com nanoestruturas complexas, conhecidas como metassuperfícies suportadas pelo modo plasmon de lacuna anisotrópica. A pesquisa foi publicada na revista Chem .

Ao empregar antenas metálicas em forma de haste, os pesquisadores conseguiram controlar a polarização da luz dessas UCNPs isotrópicas de uma forma semelhante a sintonizar um rádio em diferentes estações de rádio. Isso lhes permitiu controlar a polarização da luz dessas UCNPs isotrópicas da faixa do visível ao infravermelho próximo, superando as restrições impostas por sua simetria cristalina.

O design metal-isolante-metal garante que haja modos ressonantes duplos fortes em direções ortogonais com interferência mínima entre si. Também dissocia os processos envolvidos na excitação e emissão de luz.

Usando excitação de campo distante e interferência eletromagnética de campo próximo, as UCNPs isotrópicas podem ser controladas para produzir variações periódicas na amplitude de emissão, com uma grande sensibilidade de polarização de excitação de até 83%.

A equipe de pesquisa explorou ainda mais como a densidade local das partículas de luz ao redor das antenas afeta a forma como a energia é liberada da nanoplataforma híbrida. Ao excitar o sistema linearmente, esta nanoplataforma híbrida pode alternar entre quatro estados de polarização de conversão ascendente, permitindo vários níveis de saída de luz em configurações de polarização paralelas ou ortogonais.

Sua investigação numérica esclareceu ainda mais como os modos plasmônicos anisotrópicos afetam seletivamente o estado de polarização da luz emitida. Especificamente, quando os fatores de aumento de excitação são muito maiores que os fatores de aumento de emissão, o estado de polarização de conversão ascendente é determinado pela polarização de excitação, levando a características de polarização paralela.

Por outro lado, quando os fatores de aumento de emissão são comparáveis ​​aos fatores de aumento de excitação, os emissores de conversão ascendente acoplados produziram luz emitida com propriedades anisotrópicas.

O professor Liu disse:"As polarizações de conversão ascendente multinível podem abrir caminho para sistemas fotônicos inovadores, oferecendo a flexibilidade para adaptar as frequências e direções da luz que usam a luz de maneiras únicas. Isso abre perspectivas interessantes para o desenvolvimento de dispositivos compactos que aproveitam a luz de maneiras inovadoras para fotônica avançada."

Mais informações: Jiahui Xu et al, Polarização de conversão ascendente multinível habilitada por plasmons programáveis, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.11.007
Informações do diário: Química

Fornecido pela Universidade Nacional de Cingapura