En una nueva publicación de Opto-Electronic Advances, Investigadores de la Universidad Tecnológica del Sur de China, Guangzhou, China, analizan la nanoantena cuboide de silicio con un gran factor de Purcell simultáneo para la emisión de dipolo eléctrico, dipolo magnético y cuadrupolo eléctrico.

El efecto Purcell se usa comúnmente para aumentar la tasa de emisión espontánea modificando el entorno local de un emisor de luz. La densidad del estado del fotón cerca del emisor de luz se puede ajustar a través de las nanoantenas metálicas o dieléctricas, modificando así su emisividad espontánea. Las nanoantenas plasmónicas exhiben extraordinarias resonancias de plasmones superficiales que crean un campo eléctrico altamente localizado y aumentan la densidad fotónica local de los estados, lo que resulta en una mejora de la tasa de emisión espontánea. Sin embargo, el efecto va acompañado de grandes pérdidas no deseadas debido a la fuerte absorción de metales. Por el contrario, las nanoantenas dieléctricas con alta permitividad y que admiten fuertes resonancias de Mie brindan el potencial para realizar una manipulación de baja pérdida de la dispersión de la luz. Trabajos recientes han demostrado que las nanoesferas dieléctricas de tamaño suficientemente grande pueden exhibir los modos de resonancia de dipolo eléctrico (ED), dipolo magnético (MD) y cuadrupolo eléctrico (EQ) en la iluminación de onda plana y se han utilizado para mejorar la emisión de MD, o para mejorar la emisión de ED y MD con diferentes tamaños de nanoesferas, respectivamente. Sin embargo, no está claro si estas nanoesferas dieléctricas u otras nanoestructuras dieléctricas más generales se pueden utilizar para mejorar simultáneamente la emisión espontánea de ED, MD y EQ con pérdidas muy bajas y de gran magnitud en comparación con las nanoestructuras plasmónicas.

Los autores de este artículo proponen una nanoantena dieléctrica de silicio para mejorar simultáneamente la emisión de dipolo eléctrico, dipolo magnético y cuadrupolo eléctrico. Estudian la sección transversal de dispersión, la distribución de carga polarizada y la distribución del campo electromagnético para la onda plana electromagnética que ilumina la nanoantena cuboide dieléctrica de silicio, identificando así la existencia simultánea de modos de resonancia ED, MD y EQ en esta nanoantena. El factor de Purcell máximo calculado de los emisores ED, MD y EQ en diferentes orientaciones dentro de la nanoantena es 18, 150 y 118 respectivamente, y se produce en la longitud de onda de resonancia de 475, 750 y 562 nm, respectivamente, coincidiendo con los modos de resonancia en el nanoantena y correspondiente a los colores azul, rojo y verde. Las características de distribución de carga de polarización ayudan a aclarar la excitación y la radiación de estos modos de resonancia como el origen físico del gran factor de Purcell que ocurre simultáneamente en esta nanoantena cuboide de silicio. Estos resultados teóricos podrían ayudar a explorar y diseñar profundamente la nanoantena dieléctrica como candidata ideal para mejorar la emisión de ED, MD y EQ simultáneamente con una pérdida muy pequeña en el rango visible, que es superior al esquema más popular de la nanoantena plasmónica. + Explora más

Extraordinaria modulación de la polarización de la luz con plasmones oscuros en nanocavidades magnetoplasmónicas