Licht en materie efficiënter gekoppeld door stikstofdioxide
Onderzoekers van de groep Surface Photonics van FOM-instituut AMOLF hebben in samenwerking met collega's van Holst Center IMEC aangetoond dat het mogelijk is actief invloed uit te oefenen op de manier waarop licht dat is opgevangen in een organisch materiaal, wisselwerkt met een oppervlakkige polarisatiegolf in het onderliggende metaal. Directe praktische toepassingen zijn bijvoorbeeld betere chemische en biologische sensoren. Deze onderzoeksresultaten zijn op 28 juli gepubliceerd in het vaktijdschrift ACS Nano.
Licht dat opgevangen wordt in een organisch materiaal veroorzaakt excitonen: aangeslagen elektron-gat paren in het organische materiaal. Oppervlakte plasmonpolaritonen zijn de samenhangende oscillaties van elektronen op het oppervlak van een metaal. Actieve beheersing van de koppeling tussen deze twee wordt mogelijk door aan de organische laag een reactiegas toe te voegen. Wanneer stikstofdioxidemoleculen met de organische moleculen reageren, wordt de excitonische laag 'sterker', waardoor de koppeling van deze excitonen met de oppervlakte plasmonpolaritonen in een laagje goud onder de organische laag eveneens sterker wordt. Doordat deze interactie omkeerbaar is, biedt deze een veelzijdige manier om de mate van koppeling tussen licht en materie te regelen.
De mogelijkheid om een systeem een bepaalde mate van koppeling mee te geven, heeft zowel fundamentele gevolgen als praktische toepassingen. In fundamenteel opzicht geeft deze beheersing een beter kwantitatief inzicht in de koppeling dan eerder voor dergelijke systemen mogelijk was. In meer praktisch opzicht is aangetoond dat het veranderen van de koppeling gevolgen heeft voor de snelheid van oppervlakte plasmonpolaritonen.
Dit onderzoek maakt deel uit van het FOM Industrial Partnership Programme 'Improved solid-state light sources' van FOM en Philips. NanoNext heeft dit ondersteunt.
Contact
Audrey Berrier of Jaime Gómez Rivas, FOM Institute AMOLF, p.a. Philips Research Laboratories Eindhoven, High Tech Campus 4, 5656 AE Eindhoven, Telefoon +31 (0)40 274 23 49.
Referentie
'Active Control of the Strong Coupling Regime between Porphyrin Excitons and Surface Plasmon Polaritons',
Audrey Berrier; Ruud Cools; Christophe Arnold; Peter Offermans; Mercedes Crego-Calama; Sywert Brongersma; Jaime Gómez-Rivas
ACS Nano (2011), doi: 10.1021/nn201077r