Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han introducido una plataforma de plasmónforo de conversión ascendente para permitir un control preciso sobre la polarización de nanopartículas isotrópicas de conversión ascendente (UCNP). Esto se logra acoplando activadores de conversión ascendente con metasuperficies soportadas en modo de plasmón anisotrópico cuidadosamente diseñadas.
El acoplamiento fotón-plasmón en sistemas híbridos es una poderosa herramienta para investigar las interacciones luz-materia a nanoescala, con aplicaciones potenciales en diversos campos, incluidos láseres miniaturizados de estado sólido, espectrómetros ultracompactos, detección molecular en chip e imágenes polarimétricas. Las UCNP dopadas con lantánidos son particularmente prometedoras como fuentes de luz cuántica debido a sus distintos picos de emisión, su gran desplazamiento anti-Stokes y su excelente fotoestabilidad.
Las características huellas espectroscópicas proporcionadas por estos picos de emisión facilitan la identificación precisa de la información. Si bien se han explorado sistemas híbridos de conversión ascendente para mejorar la fotoluminiscencia y la dinámica de desintegración a través del acoplamiento de plasmón-fotón de superficie, la simetría de la red cristalina de las UCNP pequeñas dificulta lograr la anisotropía de polarización. Además, el control de la polarización de la luz es esencial para diversas aplicaciones, como codificación de información, tecnología de visualización y detección biológica.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Liu Xiaogang del Departamento de Química de NUS ha concebido un enfoque para lograr un control preciso de la polarización sobre UCNP isotrópicas acoplando activadores de conversión ascendente con nanoestructuras complejas, conocidas como metasuperficies soportadas en modo de plasmón de brecha anisotrópica. La investigación se publica en la revista Chem. .
Al emplear antenas en forma de varillas metálicas, los investigadores pudieron controlar la polarización de la luz de estos UCNP isotrópicos de una manera similar a sintonizar una radio en diferentes estaciones de radio. Esto les permitió controlar la polarización de la luz de estos UCNP isotrópicos desde el rango visible al infrarrojo cercano, superando las limitaciones planteadas por su simetría cristalina.
El diseño de metal-aislante-metal garantiza que haya fuertes modos de doble resonancia en direcciones ortogonales con una mínima interferencia entre sí. También desacopla los procesos implicados en la excitación y emisión de luz.
Al utilizar tanto excitación de campo lejano como interferencia electromagnética de campo cercano, los UCNP isotrópicos se pueden controlar para producir variaciones periódicas en la amplitud de emisión, con una gran sensibilidad de polarización de excitación de hasta el 83%.
El equipo de investigación exploró más a fondo cómo la densidad local de partículas de luz alrededor de las antenas afecta la forma en que se libera energía de la nanoplataforma híbrida. Al excitar el sistema linealmente, esta nanoplataforma híbrida puede cambiar entre cuatro estados de polarización de conversión ascendente, lo que permite múltiples niveles de salida de luz en configuraciones de polarización paralela u ortogonal.
Su investigación numérica arrojó luz sobre cómo los modos anisotrópicos del plasmón afectan selectivamente el estado de polarización de la luz emitida. Específicamente, cuando los factores de mejora de la excitación son mucho mayores que los factores de mejora de la emisión, el estado de polarización de conversión ascendente está determinado por la polarización de la excitación, lo que lleva a características de polarización paralela.
Por el contrario, cuando los factores de mejora de la emisión son comparables a los factores de mejora de la excitación, los emisores de conversión ascendente acoplados produjeron luz emitida con propiedades anisotrópicas.
El profesor Liu dijo:"Las polarizaciones de conversión ascendente multinivel podrían allanar el camino para sistemas fotónicos innovadores, ofreciendo la flexibilidad de adaptar frecuencias y direcciones de luz que utilizan la luz de maneras únicas. Esto abre perspectivas interesantes para el desarrollo de dispositivos compactos que aprovechen la luz de formas novedosas para fotónica avanzada."
Más información: Jiahui Xu et al, Polarización de conversión ascendente multinivel habilitada por plasmones programables, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.11.007
Información de la revista: Química
Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur
