اپتیک و کوانتوم

NIL، فرآیندی برای ایجاد متاسطوح نوری، از مهرهای طرح دار برای انتقال سریع الگوهای پیچیده در مقیاس نانومتر (nm) استفاده می کند. این روش نسبت به لیتوگرافی پرتو الکترونی و سایر فرآیندها مزایای هزینه ای دارد. این مزیت را دارد که ایجاد متاسطوح را با استفاده از موادی که در فرآیندهای مرسوم در دسترس نیستند، فراهم می کند. متاسطوح اخیراً به دلیل توانایی آنها در کنترل قطبش و جهت انتشار نور از نقاط کوانتومی کانون تحقیقات گسترده ای بوده اند. نقاط کوانتومی، که ذرات نیمه هادی در مقیاس نانو هستند، ساطع کننده های نور بسیار کارآمدی هستند که قادر به انتشار نور در طول موج های دقیق هستند. این باعث می شود که آنها به طور گسترده در برنامه هایی مانند QLED و محاسبات کوانتومی استفاده شوند. با این حال، فرآیندهای مرسوم نمی توانند نقاط کوانتومی را در متاسطوح جاسازی کنند. در نتیجه، تحقیقات اغلب شامل ساخت متاسطوح و نقاط کوانتومی به طور جداگانه و سپس ترکیب آنها می شود که محدودیت هایی را برای کنترل لومینسانس نقاط کوانتومی ایجاد می کند.

در این مطالعه، محققان نقاط کوانتومی را با دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2)، ماده‌ای که در فرآیند NIL استفاده می‌شود، ادغام کردند تا یک متاسطوح ایجاد کنند. بر خلاف روش‌های مرسوم، که شامل ساخت مجزای متاسطوح و نقاط کوانتومی قبل از ترکیب آن‌ها می‌شود، این رویکرد نقاط کوانتومی را مستقیماً در طول متاسطوح طی فرایند ساخت آن جاسازی می‌کند.

متاسطوح حاصل، نسبت فوتون‌های ساطع شده از نقاط کوانتومی را که با حالت تشدید متاسطوح کوپل می‌شود، افزایش می‌دهد. این پیشرفت امکان کنترل موثرتری بر جهت نور ساطع شده از نقاط کوانتومی را در مقایسه با روش های قبلی فراهم می کند. آزمایش‌ها نشان داد که هر چه فوتون‌های بیشتری از نقاط کوانتومی که با حالت‌های تشدید متاسطوح کوپل شده‌اند ساطع شود، بازده لومینسانس بالاتر است. متاسطوح این تیم در مقایسه با پوشش ساده نقاط کوانتومی، تا 25 برابر بازده لومینسانس بیشتری به دست آورد.

پروفسور رو که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: استفاده از متاسطوح کنترل شده با لومینسانس، نمایشگرهای واضح تر، روشن تر و حساسیت زیستی دقیق تر و حساس تر را امکان پذیر می کند. تحقیقات بیشتر به ما امکان می دهد تا لومینسانس را به طور موثرتری کنترل کنیم و منجر به پیشرفت در زمینه هایی مانند نانو - حسگرهای نوری، دستگاه‌های الکترونیک نوری و نمایشگرهای نقطه کوانتومی شود.

More information: Minsu Jeong et al, Printable Light-Emitting Metasurfaces with Enhanced Directional Photoluminescence, Nano Letters (2024)