Vermindering van energieverlies in metalen nanostructuren door geometrische afmetingen te veranderen

Onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityUHK) hebben een ontdekking gedaan die het energieverlies in metalen nanostructuren aanzienlijk vermindert. Door de geometrische afmetingen van deze structuren te veranderen, hebben onderzoekers hun volledige potentieel ontsloten, waardoor de weg is vrijgemaakt voor de ontwikkeling van krachtigere en efficiëntere optische apparaten op nanoschaal.

Het onderzoeksteam wordt mede geleid door professor Tsai Din-ping, voorzitter van de afdeling Elektrotechniek van CityUHK, en professor Yuri Kivshar van de Australian National University. Professor Kivshar was in 2023 ook gastonderzoeker aan het Hong Kong Institute for Advanced Study van CityUHK.

“Deze doorbraak lost het al lang bestaande probleem van energieverlies op, waardoor hoogwaardige optische apparaten op nanoschaal mogelijk worden”, zegt Dr. Liang Yao, van de afdeling Elektrotechniek van CityUHK, de eerste auteur van het onderzoeksartikel met de titel “Van lokale tot niet-lokale high-Q plasmonische metasurfaces”, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven.

Er is een nieuwe universele regel ontdekt, de omgekeerde vierkantswortelwet, die laat zien hoe het aanpassen van de afmetingen van plasmonische nanostructuren het energieverlies aanzienlijk kan verminderen. Deze ontdekking overbrugt de kloof tussen gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties (LSPR’s) en oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP’s), resulterend in een verbetering van twee ordes van grootte in de resonantiekwaliteit in metalen arrays. Deze doorbraak opent opwindende mogelijkheden voor sterkere licht-materie-interacties op nanoschaal.

Het overbruggen van gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties (LSPR) met hoog verlies en oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP) met laag verlies was een enorme uitdaging, die innovatief denken en het afwijken van conventionele benaderingen vereiste.

Deze ontdekking heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen op verschillende gebieden, waaronder detectie, beeldvorming en zonne-energie. Met deze nieuwe techniek staan ​​onderzoekers klaar om nog krachtigere en innovatievere optische apparaten te ontwikkelen, waarmee een nieuw tijdperk van technologische vooruitgang wordt ingeluid.