Super-opgeloste beeldvorming met één emitter van verbetering van de stralingsvervalsnelheid in nanoantennes met diëlektrische spleet

In een tijdperk waarin het begrijpen en manipuleren van licht op nanoschaal steeds belangrijker wordt, is een paper in Licht: wetenschap en toepassingen laat een grote sprong voorwaarts zien.

Een team van wetenschappers van het Institut Langevin, ESPCI Parijs, PSL Universiteit, CNRS heeft een geavanceerde methode ontwikkeld om de verbetering van lichtinteractie op nanoschaal te meten met behulp van afzonderlijke moleculen als sondes. Centraal in dit onderzoek staan ​​nanoantennes met diëlektrische opening, ontwikkeld en vervaardigd aan het Imperial College London.

Dergelijke structuren zijn gemaakt van galliumfosfide (GaP), een materiaal dat is gekozen vanwege zijn hoge brekingsindex en lage optische verliezen. Dit gezamenlijke werk omvat een innovatieve aanpak waarbij gebruik wordt gemaakt van afzonderlijke moleculen om de verbeterde interactie van licht te onderzoeken, puur mogelijk gemaakt door deze nanoantennes, zonder wijziging van het nanosysteem met nabije-veldsondes, waardoor een merkbare 30-voudige verbetering van de stralingsvervalsnelheden op het niveau van individuele moleculen wordt bereikt.

De wetenschappers leggen uit: “Ons werk richt zich op het nauwkeurig meten van hoe licht interageert met nanostructuren. Door afzonderlijke moleculen als sondes te gebruiken, hebben we de verbetering van de lichtinteractie kunnen observeren en kwantificeren, een cruciaal aspect voor de vooruitgang van nanofotonische technologieën.”

Het onderzoek gaat verder dan louter theoretische verkenning en biedt praktische inzichten in de interacties tussen licht en materie. “Dit gaat niet alleen over het observeren van verbeterde lichtinteractie; het gaat over het meten ervan op het niveau van één molecuul met opmerkelijke ruimtelijke precisie. Onze bevindingen zijn cruciaal voor toekomstige toepassingen op gebieden waar het begrijpen en beheersen van licht op zo’n kleine schaal essentieel is.”

De methodologie en resultaten van het onderzoek onderstrepen de effectiviteit van geavanceerde meettechnieken in nanofotonica.

“Ons onderzoek heeft met succes de ruimtelijke verdeling van de verbetering van de stralingsvervalsnelheid in kaart gebracht, waaruit blijkt dat, hoewel er sprake is van enige mislokalisatie van afzonderlijke moleculen als gevolg van hun interactie met de structuur, dit effect minimaal is binnen de opening van de nanoantenne, waardoor een nauwkeurige controle van helder licht ontstaat.” emissiebron met één foton”, leggen de wetenschappers uit.

“Deze precisie bij het meten opent nieuwe wegen voor de karakterisering van zeer gevoelige optische apparaten en verdiept ons begrip van de interactieverbetering van een kwantumemitter met een nanostructuur.”

Concluderend benadrukken de wetenschappers de bredere implicaties van hun werk. “Ons onderzoek biedt een nieuwe lens waarmee we nanofotonische interacties kunnen bekijken. Het vermogen om lichtinteractie met een dergelijke precisie te meten, maakt de weg vrij voor doorbraken in verschillende toepassingen, van kwantumcomputers en kwantumsensoren tot medische diagnostiek.”