Ученые разработали способ обратимой настройки цвета излучения наноразмерных источников света. Если раньше цвет излучения можно было задавать только на стадии синтеза, то теперь его можно менять в готовых наночастицах. Стабильность и электромагнитные резонансы частиц сохраняются при перестройке. Это делает их перспективными для использования в оптических чипах, светодиодах и оптоэлектронных устройствах. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.

Резонанс — это совпадение частоты одного колебания с частотой другого, которое приводит к резкому возрастанию интенсивности колебаний. Полвека назад итальянский физик-теоретик Уго Фано описал особый тип резонанса с асимметричным профилем, возникающим в результате интерференции двух волновых процессов. С тех пор резонанс Фано применяется для разработок в области фотоники, например, для создания быстрых оптических переключателей — элементов фотонных интегральных схем. При этом миниатюризация таких переключателей до наномасштаба позволит резко увеличить производительность фотонных чипов за счет интеграции колоссального количества элементов в одном устройстве.

Ученые впервые обнаружили резонанс Фано в перовскитных наночастицах, а также смогли получить контроль над спектром резонанса для массива неорганических наночастиц. Для этого они предложили новый метод настройки излучения наночастиц: вместо того чтобы синтезировать несколько типов частиц разного состава, можно менять состав одной и той же частицы химической обработкой. Такая настройка обратима, ее можно повторять много раз без изменения стабильности самих частиц и интенсивности их излучения.

«Мы проводили эксперименты с одиночными органо-неорганическими перовскитными наночастицами, а также с неупорядоченным массивом полностью неорганических наночастиц, диспергированных в полимерной матрице. Резонансы Фано нам удалось зарегистрировать в обоих случаях, а вот обратимую настройку получилось выполнить только для неорганических частиц. В их состав входят анионы брома, и настройка заключается в том, что мы обратимо меняем атомы брома на атомы хлора в кристаллической решетке. Это позволяет сдвигать резонанс Фано и спектр излучения частиц на 100 нм в диапазоне 420-520 нм. Органо-неорганические наночастицы не подходят для подобной настройки фотофизических свойств из-за наличия в их структуре органических катионов», — рассказывает один из авторов работы, научный сотрудник Университета ИТМО Анатолий Пушкарев.

По словам исследователей, предложенный метод настройки спектра излучения перовскитных наноантенн можно применять к другим неорганическим наноструктурам на основе галогенидов свинца. Таким образом, с его помощью можно получать сложные оптоэлектронные устройства на чипе из минимального количества наночастиц. Такие миниатюрные устройства могут послужить для передачи и обработки данных, также их можно использовать в разного рода датчиках.

«Результаты, которые мы получили, перспективны не только для создания фотонных интегральных схем. Перестройку спектра излучения массива наночастиц и изменение положения резонанса Фано в спектре оптического поглощения можно использовать, например, для определения концентрации паров галогенидов водорода (HCl, HBr, HI) в среде», — отмечает другой автор работы, Екатерина Тигунцева, аспирант Университета ИТМО.