Das Manuskript „Electric Tuning and Switching of the Resonant Response of Nanoparticle Arrays with Liquid Crystals“ von Erik van Heijst und Mitarbeitern (PSN) wurde als Featured Article und Journal Cover in der letzten Ausgabe der ausgewählt Zeitschrift für Angewandte Physik und ein SciLight-Artikel wurde vom American Institute of Physics geschrieben. In diesem Artikel wird gezeigt, wie kollektive plasmonische Resonanzen mit Flüssigkristallen elektrisch gesteuert werden können. Dies ist das erste gemeinsame Manuskript von EHCI und ICMS. Erik van Heijst arbeitete im Rahmen seiner Abschlussforschung in der Abteilung Angewandte Physik und Chemieingenieurwesen, wo er letztes Jahr den Doppelabschluss erhielt.
Plasmonische Resonanzen in metallischen Nanopartikeln haben sich für eine Vielzahl von Anwendungen als vielversprechend erwiesen, darunter Nanolaser und extrem empfindliche Biosensoren in Nanogröße. Auf dem Gebiet der Plasmonik wurden stetige Verbesserungen hin zur aktiven Kontrolle von Resonanzen unter Verwendung des Brechungsindex des Materials zwischen Nanopartikeln erlebt.
Van Heijstet al. entwarfen, konstruierten und analysierten ein abstimmbares Gerät, das Nanopartikel-Arrays kombiniert, die kollektive Oberflächengitterresonanzen (SLRs) mit Flüssigkristallen unterstützen. Durch Nutzung der Abstimmbarkeit von Flüssigkristallen und der Auswirkung des Brechungsindex der Umgebung auf Spiegelreflexkameras kann die optische Reaktion des Arrays elektrisch gesteuert werden, indem zwischen Zuständen im Flüssigkristall umgeschaltet wird. Die daraus resultierende schnelle und reversible spektrale Abstimmung gibt Benutzern ein hohes Maß an Kontrolle über die SLR-Wellenlänge.
Schmale kollektive Resonanzen innerhalb von Arrays sind Schlüsselmerkmale für die Fähigkeit des Geräts, die Resonanz mit einer solchen Steuerung abzustimmen.
„Da wir schmale kollektive Resonanzen haben, reichen die Änderungen des Brechungsindex, die wir mit dem Flüssigkristall herbeiführen können, aus, um die Resonanz fast auf ihre volle Breite zu verschieben“, sagte der Autor Jaime Gómez Rivas.
Trotz der Delokalisierung in Bezug auf die einzelnen Nanopartikel zeigen die hybriden plasmonisch-photonischen Moden von SLRs große Verstärkungen der elektrischen Feldstärke.
Experimentell stellte die Gruppe fest, dass die SLR-Energieverschiebung geringer war als in Simulationen angegeben, was sie der rauen Oberfläche der Indium-Zinn-Oxid-Elektroden und der durch die Nanopartikelstruktur auferlegten unvollkommenen Ausrichtung der Flüssigkristalle zuschreiben.
Ziel der Gruppe ist es, die Emission von im Flüssigkristall dispergierten Molekülen abzustimmen, die dann an die kollektive Resonanz gekoppelt werden könnten und letztendlich eine Änderung der Kristallorientierung ermöglichen.
Erik AP van Heijst et al, Elektrische Abstimmung und Umschaltung der Resonanzantwort von Nanopartikel-Arrays mit Flüssigkristallen, Zeitschrift für Angewandte Physik (2022). DOI: 10.1063/5.0079016