Ученые наблюдали избирательную люминесценцию золотых хиральных наночастиц

При облучении хиральных золотых наночастиц фемтосекундными импульсами ближнего инфракрасного диапазона наблюдается видимое люминесцентное излучение.

В данном исследовании выяснилось, что эта люминесценция обладает высокой селективностью для лево- или правостороннего циркулярно поляризованного света в зависимости от хиральности наночастиц, с фактором диссимметрии около 0,7. Этот вывод позволяет говорить о потенциальной возможности доведения различных приложений, использующих циркулярно поляризованный свет, до практического уровня.

Аннотация

Исследовательская группа под руководством доцента Хё Йонг Ан (Hyo-Yong AHN), доктора Кхай Куанг Ли (Khai Quang LE), доктора Тецуя Нарушима (Tetsuya NARUSHIMA), доцента Джунсуке Яманиши (Junsuke YAMANISHI) и профессора Хироми Окамото (Hiromi OKAMOTO) из Института молекулярных наук, а также доктора Рён Мён Кима (Ryeong Myeong KIM) и профессора Ки Тэ Нама (Ki Tae NAM) из Института молекулярных наук. Ки Тхэ НАМ из Сеульского национального университета обнаружили, что видимая люминесценция хиральных золотых наночастиц, вызванная облучением фемтосекундными импульсами ближнего инфракрасного диапазона, зависит от хиральности наночастиц и обеспечивает высокую селективность для лево- или правостороннего циркулярно поляризованного света. В то время как коэффициент диссимметрии для круговой поляризации люминесценции в большинстве хиральных материалов обычно составляет порядка 0,01 или ниже, излучение этих хиральных золотых наночастиц демонстрирует высокий коэффициент диссимметрии — около 0,7.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Optical Materials.

Справка

Хиральность — это свойство материалов, при котором их структура не накладывается на зеркальное отражение самой себя. Свет также имеет хиральную структуру в виде круговой поляризации, которая может быть левосторонней или правосторонней. Циркулярно поляризованный свет может найти применение в будущем в таких областях, как анализ следов хиральных веществ, защита от подделок, квантовая информация, экраны или дисплеи и т. д.

Опубликован ряд научных работ, посвященных эффективным методам генерации циркулярно поляризованного света. Один из таких методов предполагает генерацию круговой поляризации за счет люминесценции материала, возбуждаемого светом, при этом длины волн возбуждающего и излучаемого света различны. Хотя во многих исследованиях были разработаны материалы, генерирующие круговую поляризацию с помощью этого метода, в большинстве случаев они обеспечивают лишь небольшие коэффициенты диссимметрии (описанные ниже). То есть они генерируют смешанный лево- и правосторонний циркулярно поляризованный свет с незначительной разницей в интенсивности.

Коэффициент диссимметрии — это показатель того, насколько круговая поляризация смещена влево или вправо. Он определяется путем вычисления разницы между интенсивностью лево- и правосторонней циркулярной поляризации, деленной на их среднее значение. Чистая круговая поляризация имеет коэффициент диссимметрии (значение g) ±2, а линейный или неполяризованный свет имеет значение g, равное 0. Большинство традиционных светоизлучающих материалов с круговой поляризацией имеют коэффициент диссимметрии порядка 0,01 или меньше, и поэтому было трудно надежно идентифицировать генерируемый круговой поляризованный свет.

Результат

Исследовательская группа сосредоточилась на видимой люминесценции, возникающей при облучении хиральных золотых наночастиц фемтосекундными импульсами ближнего инфракрасного диапазона. Хотя падающий свет был нехиральным и линейно поляризованным, было обнаружено, что излучаемый свет обладает высокой селективностью по отношению к лево- или правосторонней круговой поляризации. Коэффициент диссимметрии составил приблизительно 0,7, что указывает на значительно более высокую степень круговой поляризации по сравнению со многими другими циркулярно поляризованными светоизлучающими материалами, использованными в предыдущих исследованиях (коэффициенты диссимметрии обычно составляют порядка 0,01 или меньше). Кроме того, теоретические расчеты и анализ выявили механизм такой высокой селективности.

Перспективы

Данное исследование демонстрирует, что наночастицы металлов с хиральной структурой являются полезными материалами для генерации циркулярно поляризованного света с лево- или правосторонней поляризацией. Понимание этого механизма также дает рекомендации по более эффективной генерации циркулярной поляризации.

Эта работа открывает путь к разработке материалов и устройств, способных эффективно генерировать круговую поляризацию на различных длинах волн, и приложений для борьбы с подделками и квантовой информацией с использованием круговой поляризации света.

05.06.2024