Ученые Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН разработали метаповерхность из золотых нановыступов для управления свойствами квантовых точек теллурида ртути, излучающих в ИК диапазоне спектра. Такая метаповерхность изготавливается простым лазерным методом и позволяет на порядок усилить яркость и направленность излучения нанесенного слоя квантовых точек.

Статья об этом опубликована в журнале Advanced Functional Materials. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант №21–79–10197).

Квантовые точки теллурида ртути (HgTe) обладают большим потенциалом для создания устройств для ближнего и среднего ИК диапазонов, в том числе, компактных приемников и источников излучения. Однако с ростом длины волны при переходе в ИК диапазон спектра, интенсивность свечения квантовых точек резко снижается. Потенциальным решением данной проблемы может стать создание устройств, в которых квантовые точки объединяются с метаповерхностями, позволяющими усилить интенсивность их свечения.

Команда физиков из ИАПУ ДВО РАН с коллегами из Китая и Испании смогли создать такую метаповерхность из тонкой пленки золота, на которой с помощью лазерной печати записывалась решетка нановыступов. Геометрическое расположение нановыступов подбиралось таким образом, чтобы обеспечить метаповерхности резонансные оптические свойства в области спектра, совпадающей со спектральным диапазоном излучения квантовых точек. За счет этого, для слоя толщиной всего в одну квантовую точку (моно-слоя) удалось добиться 12-ти кратного усиления интенсивности спонтанного излучения, сфокусировав его в вертикальном направлении.

«Ключом к достижению высокой яркости излучения квантовых точек стала не только разработка и оптимизация дизайна самой метаповерхности, но и сверхточная настойка расстояния между ней и нанесенным монослоем квантовых точек. В нашем случае, для этих целей использовался прозрачный слой-разделитель диоксида алюминия оптимальной толщиной в 10 нанометров», – комментирует один из создателей метаповерхности младший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Дмитрий Павлов.

Область применения разработанной учеными из ИАПУ ДВО РАН метаповерхности не ограничивается описанной в статье технологией управления светоизлучающими характеристиками квантовых точек.

«Уникальные оптические свойства массивов нановыпуклостей связаны с наличием в них особых типов высокодобротных оптических резонансов, называемых связанными состояниями в континууме. Метаповерхности, поддерживающие такие резонансные моды, могут пригодиться для разработки высокочувствительных газовых и биосенсоров, а также сверхплотной записи оптической информации», – рассказал руководитель коллектива, ведущий научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.

Лазерная печать, которую использовали учёные для создания таких метаповерхностей – это простой и доступный метод, что делает описанную разработку на шаг ближе к реальным практическим применениям.