Des chercheurs développent une nanoantenne cuboïde en silicium

Dans une nouvelle publication de Avancées opto-électroniques, Des chercheurs de l’Université de technologie de Chine méridionale, à Guangzhou, en Chine, discutent d’une nanoantenne cuboïde en silicium avec un grand facteur de Purcell simultané pour l’émission d’un dipôle électrique, d’un dipôle magnétique et d’un quadripôle électrique.

L’effet Purcell est couramment utilisé pour augmenter le taux d’émission spontanée en modifiant l’environnement local d’un émetteur de lumière. La densité d’état des photons à proximité de l’émetteur de lumière peut être ajustée à travers les nanoantennes métalliques ou diélectriques, modifiant ainsi son émissivité spontanée. Les nanoantennes plasmoniques présentent des résonances plasmoniques de surface extraordinaires qui créent un champ électrique hautement localisé et augmentent la densité photonique locale des états, entraînant une amélioration du taux d’émission spontanée. Cependant, l’effet s’accompagne de pertes importantes indésirables dues à une forte absorption de métal. En revanche, les nanoantennes diélectriques à haute permittivité et supportant de fortes résonances de Mie offrent la possibilité de réaliser une manipulation à faible perte de la diffusion de la lumière. Des travaux récents ont montré que des nanosphères diélectriques de taille suffisamment grande peuvent présenter les modes de résonance dipôle électrique (ED), dipôle magnétique (MD) et quadripôle électrique (EQ) lors de l’éclairage par onde plane et elles ont été utilisées pour améliorer l’émission MD, ou pour améliorer l’émission ED et MD avec différentes tailles de nanosphères respectivement. Cependant, on ne sait pas si ces nanosphères diélectriques ou d’autres nanostructures diélectriques plus générales peuvent être utilisées pour améliorer simultanément l’émission spontanée de ED, MD et EQ avec une très faible perte et une grande amplitude par rapport aux nanostructures plasmoniques.

Les auteurs de cet article proposent une nanoantenne diélectrique en silicium pour améliorer simultanément l’émission d’un dipôle électrique, d’un dipôle magnétique et d’un quadripôle électrique. Ils étudient la section efficace de diffusion, la distribution de la charge polarisée et la distribution du champ électromagnétique pour l’onde électromagnétique plane illuminant la nanoantenne cuboïde diélectrique en silicium, identifiant ainsi l’existence simultanée des modes de résonance ED, MD et EQ dans cette nanoantenne. Le facteur Purcell maximal calculé des émetteurs ED, MD et EQ à différentes orientations dans la nanoantenne est de 18, 150 et 118 respectivement, se produisant à la longueur d’onde de résonance de 475, 750 et 562 nm, respectivement, correspondant aux modes de résonance dans le nanoantenne et correspondant aux couleurs bleu, rouge et vert. Les caractéristiques de distribution de charge de polarisation aident à clarifier l’excitation et le rayonnement de ces modes de résonance en tant qu’origine physique du grand facteur Purcell se produisant simultanément dans cette nanoantenne cuboïde en silicium. Ces résultats théoriques pourraient aider à explorer en profondeur et à concevoir la nanoantenne diélectrique comme un candidat idéal pour améliorer l’émission ED, MD et EQ simultanément avec une très petite perte dans la gamme visible, ce qui est supérieur au schéma plus populaire de la nanoantenne plasmonique.

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