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Para permitir un control preciso sobre la polarización de nanopartículas isotrópicas de conversión ascendente (UCNP), investigadores de la Universidad Nacional de Singapur NUS han desarrollado una plataforma de plasmónforo de conversión ascendente. Esto se logra combinando metasuperficies asistidas en modo de plasmón de brecha anisotrópica diseñadas adecuadamente con activadores de conversión ascendente.
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Con aplicaciones potenciales en una variedad de áreas, como láseres miniaturizados de estado sólido, espectrómetros ultracompactos, sensores moleculares en chips e imágenes polarimétricas, el acoplamiento fotón-plasmón en sistemas híbridos es una herramienta valiosa para estudiar las interacciones luz-materia en la nanoescala.
Los picos de emisión únicos, el importante cambio anti-Stokes y la fotoestabilidad superior de las UCNP dopadas con lantánidos las hacen particularmente interesantes como fuentes de luz cuántica. La información se puede identificar con mayor precisión debido a las características huellas espectroscópicas que crean estos picos de emisión.
Aunque el acoplamiento de superficie plasmón-fotón se ha estudiado en sistemas híbridos de conversión ascendente para mejorar la fotoluminiscencia y la dinámica de desintegración, la anisotropía de polarización es difícil de lograr debido a la simetría de la red cristalina de las pequeñas UCNP. Además, numerosas aplicaciones, incluida la detección biológica, la tecnología de visualización y la codificación de información, dependen de la capacidad de manipular la polarización de la luz.
Las metasuperficies asistidas por modo de plasmón de brecha anisotrópica o los activadores de plasmón de brecha anisotrópico son nanoestructuras complejas combinadas con activadores de conversión ascendente para permitir un control preciso de la polarización sobre UCNP isotrópicos.
El grupo de investigación dirigido por el profesor Xiaogang Liu del Departamento de Química de la NUS desarrolló esta estrategia. Los investigadores lograron manipular la polarización de la luz de estos UCNP isotrópicos de una manera similar a sintonizar una radio en diferentes estaciones de radio utilizando antenas en forma de varillas metálicas.
De esta manera, pudieron superar las limitaciones impuestas por la simetría de su cristal y regular la polarización de la luz de estos UCNP isotrópicos desde el espectro visible al infrarrojo cercano. El diseño de metal-aislante-metal garantiza fuertes modos de doble resonancia con baja interferencia mutua.
Además, separa los procesos de emisión y excitación de la luz. Con una importante sensibilidad de polarización de excitación de hasta el 83%, los UCNP isotrópicos pueden regularse para inducir fluctuaciones cíclicas en la amplitud de emisión aprovechando tanto la excitación de campo lejano como la interferencia electromagnética de campo cercano.
El equipo de estudio también examinó los efectos de la densidad local de partículas de luz alrededor de las antenas sobre la energía producida por la nanoplataforma híbrida. Esta nanoplataforma híbrida puede cambiar entre cuatro estados de polarización de conversión ascendente mediante estimulación lineal, lo que permite diferentes niveles de eficacia luminosa en combinación con polarización paralela u ortogonal.
A través de su análisis numérico, también aclararon cómo los modos de plasmón anisotrópico cambian selectivamente el estado de polarización de la luz emitida. Más específicamente, las características de polarización paralela resultan de la polarización de excitación, que determina el estado de polarización de conversión ascendente cuando los factores de mejora de la excitación son significativamente mayores que los factores de mejora de la emisión.
Los emisores de conversión ascendente conectados, por otro lado, produjeron luz anisotrópica cuando los factores de mejora de la emisión eran similares a los factores de mejora de la excitación.
Las polarizaciones de conversión ascendente de múltiples niveles podrían allanar el camino para sistemas fotónicos innovadores y proporcionar la flexibilidad para ajustar las frecuencias y direcciones de la luz que utilizan la luz de maneras únicas. Esto abre perspectivas interesantes para el desarrollo de dispositivos compactos que utilicen la luz de formas novedosas para la fotónica avanzada.
Xiaogang Liu, profesor, Departamento de Química, Universidad Nacional de Singapur
Referencia de la revista:
Xu, J., et. Alabama. (2023) Polarización de conversión ascendente multinivel habilitada por plasmones programables. química. doi:10.1016/j.chempr.2023.11.007.
Fuente: https://nus.edu.sg/
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