광자 상향 변환: 초임계 결합을 사용한 조향 조명

22년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 싱가포르 국립대학교(NUS) 연구원들은 광자 상향 변환 효율을 몇 배 증가시킬 수 있는 "초임계 결합"이라는 새로운 개념을 공개했습니다. 이번 발견은 기존 패러다임에 도전할 뿐만 아니라 빛 방출 제어에 새로운 방향을 제시합니다. 저에너지 광자를 고에너지 광자로 변환하는 프로세스인 광자 상향 변환은 초해상도 이미징에서 고급 광자 장치에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 중요한 기술입니다. 상당한 진전에도 불구하고, 효율적인 광자 상향 변환에 대한 탐구는 란탄족 원소가 도핑된 나노입자의 방사조도와 광학 공명의 중요한 결합 조건의 본질적인 한계로 인해 어려움에 직면해 있습니다. 그림은 초임계 에지 BIC 커플링을 통한 '초임계 커플링' 원리와 지향성 상향 변환 방출을 보여줍니다. 그림은 "초임계 결합"의 원리와 초임계 에지 BIC 결합을 통한 방향성 상향 변환 방출을 보여줍니다. 이는 단위 셀 형상을 갖는 광결정 나노슬래브의 레이아웃을 보여주고 가장자리에서 조정된 초임계 결합을 통해 달성된 시준된 상향 변환을 보여줍니다. (© Nature) "초임계 결합"이라는 개념은 이러한 과제를 해결하는 데 중추적인 역할을 합니다. NUS 화학과의 LIU Xiaogang 교수와 이탈리아 국립 연구 위원회의 Gianluigi ZITO 박사가 이끄는 연구팀이 제안한 이 근본적으로 새로운 접근법은 "연속체의 결합 상태"(BICs)의 물리학을 활용합니다. ). BIC는 이론적으로 무한한 수명을 가진 개방형 구조에 빛을 가두어 임계 결합의 한계를 뛰어넘는 현상입니다. 이러한 현상은 빛의 일반적인 동작과 다릅니다. 전자기적으로 유도된 투명도의 고전적 유사체와 유사하게 이러한 구조 내에서 어두운 모드와 밝은 모드 사이의 상호 작용을 조작함으로써 연구자들은 국소 광학장을 향상시킬 뿐만 아니라 빛 방출 방향을 정밀하게 제어했습니다. 그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다. 자연 ("연속체의 초임계 경계 상태에 의한 거대 상향 변환 지시"). 초임계 결합의 실험적 검증은 상당한 도약을 의미하며 상향 변환 발광이 8배 증가했음을 보여줍니다. 실험 설정에는 상향 변환 나노입자로 덮인 광결정 나노슬래브가 포함됩니다. 이러한 나노입자는 마이크로스케일 소스 및 레이저 역할을 합니다. 무시할 수 있는 광 분산과 광점의 미세한 크기를 특징으로 하는 BIC의 고유한 특성을 활용하여 방출된 빛의 초점과 방향 제어의 정확성을 달성했습니다. 이는 빛의 상태를 제어하는 새로운 길을 열어줍니다. Liu 교수는 “이 획기적인 발견은 근본적인 발견일 뿐만 아니라 나노포토닉스 분야의 패러다임 전환을 의미하며 나노 수준에서의 빛 조작에 대한 우리의 이해를 변화시킵니다. 초임계 결합의 의미는 광자 상향 변환을 넘어 결합 공진기에 기반한 양자 포토닉스 및 다양한 시스템의 잠재적인 발전을 제공합니다.” Liu 교수는 “연구 커뮤니티가 이 연구의 의미를 놓고 고군분투하는 동안 우주의 가장 기본적인 요소 중 하나인 빛을 비교할 수 없는 정밀도와 효율성으로 제어할 수 있는 미래를 향한 문이 열려 있습니다.”라고 덧붙였습니다.