Gouden nanodeeltjes die selectief links- of rechtshandig licht uitstralen

Wanneer chirale gouden nanodeeltjes worden bestraald met nabij-infrarood femtosecondepulsen, wordt zichtbare emissie van luminescentie waargenomen. In een onderzoek gepubliceerd in Geavanceerde optische materialenbleek deze luminescentie een hoge selectiviteit op te leveren voor links- of rechtshandig circulair gepolariseerd licht, afhankelijk van de chiraliteit van de nanodeeltjes, met een asymmetriefactor van ongeveer 0,7. Deze bevinding suggereert het potentieel om verschillende toepassingen met circulair gepolariseerd licht naar praktische niveaus te tillen.

De onderzoeksgroep onder leiding van projectassistent-professor dr. Hyo-Yong Ahn, dr. Khai Quang Le, dr. Tetsuya Narushima, onderzoeksassistent-professor dr. Junsuke Yamanishi en professor dr. Hiromi Okamoto van het Institute for Molecular Science, en dr. Ryeong Myeong Kim en professor Dr. Ki Tae Nam van de Seoul National University ontdekten dat de zichtbare luminescentie van chirale gouden nanodeeltjes, veroorzaakt door bestraling met nabij-infrarode femtosecondepulsen, afhangt van de chiraliteit van de nanodeeltjes en een hoge selectiviteit oplevert voor links- of rechts- circulair gepolariseerd licht overhandigd.

Hoewel de dissymmetriefactor voor circulaire polarisatie van luminescentie in de meeste chirale materialen doorgaans in de orde van 0,01 of lager ligt, vertoonde de emissie van deze chirale gouden nanodeeltjes een hoge dissymmetriefactor van ongeveer 0,7.

Chiraliteit verwijst naar een eigenschap van materialen waarbij hun structuur niet over een spiegelbeeld van zichzelf heen kan worden gelegd. Licht heeft ook een chirale structuur in de vorm van circulaire polarisatie, die links- of rechtshandig kan zijn. Circulair gepolariseerd licht heeft mogelijke toekomstige toepassingen op het gebied van sporenanalyse van chirale stoffen, anti-namaak, kwantuminformatie, schermen of displays, enzovoort.

Er zijn een aantal onderzoeksartikelen gepubliceerd over efficiënte generatiemethoden voor circulair gepolariseerd licht. Eén zo’n methode omvat het genereren van circulaire polarisatie door de luminescentie van een materiaal dat wordt geëxciteerd door licht, waarbij de golflengten van de excitatie en het geëmitteerde licht verschillend zijn.

Hoewel veel onderzoeken materialen hebben ontwikkeld die met deze methode circulaire polarisatie genereren, leveren ze in de meeste gevallen slechts kleine asymmetriefactoren op. Dat wil zeggen, ze produceren gemengd links- en rechtshandig circulair gepolariseerd licht, met slechts een klein intensiteitsverschil daartussen.

De dissymmetriefactor is een indicator van hoeveel circulaire polarisatie de neiging heeft om links- of rechtshandig te zijn. Het wordt bepaald door het verschil te berekenen tussen de links- en rechts-circulair gepolariseerde intensiteit gedeeld door hun gemiddelde. Zuivere circulaire polarisatie heeft een asymmetriefactor (g-waarde) van ±2, en lineair of ongepolariseerd licht heeft een ag-waarde van 0. De meeste traditionele circulair gepolariseerde lichtgevende materialen hebben een asymmetriefactor in de orde van 0,01 of minder, en hebben dus Het was moeilijk om het gegenereerde circulair gepolariseerde licht betrouwbaar te identificeren.

De onderzoeksgroep concentreerde zich op de zichtbare luminescentie die wordt gegenereerd wanneer chirale gouden nanodeeltjes worden bestraald met nabij-infrarode femtosecondepulsen. Hoewel het invallende licht niet-chiraal en lineair gepolariseerd was, bleek het uitgezonden licht zeer selectief te zijn voor links- of rechtshandige circulaire polarisatie.

De dissymmetriefactor was ongeveer 0,7, wat wijst op een significant hogere mate van circulaire polarisatie vergeleken met veel andere circulair gepolariseerde lichtgevende materialen die in eerdere onderzoeken zijn gebruikt (de dissymmetriefactoren liggen doorgaans in de orde van 0,01 of minder). Bovendien onthulden theoretische berekeningen en analyses het mechanisme voor deze hoge selectiviteit.

Dit onderzoek toont aan dat chiraal gestructureerde metalen nanodeeltjes nuttige materialen zijn voor het genereren van circulair gepolariseerd licht, gericht op links- of rechtshandige polarisatie.

Het begrijpen van dit mechanisme biedt ook richtlijnen voor het efficiënter genereren van circulaire polarisatie. Dit werk maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van materialen en apparaten die op efficiënte wijze circulaire polarisatie kunnen genereren op verschillende golflengten en toepassingen in de strijd tegen namaak en kwantuminformatie met behulp van circulair gepolariseerd licht.