Многофотонное поглощение и люминесценция — важные нелинейные процессы, которые используются для эффективного взаимодействия света с веществом. Резонансное усиление нелинейных процессов было продемонстрировано для многих наноструктур. Но считается, что все процессы высшего порядка всегда оказываются намного слабее соответствующих линейных процессов.
Группа ученых Нового физтеха ИТМО совместно с коллегами из Харбинского технологического университета и Австралийского национального университета смогла доказать, что двухфотонная люминесценция может быть вполне сопоставима с однофотонной.
«В исследовании удалось продемонстрировать, что метаповерхность на основе галогенидного перовскита может существенно усилить двухфотонное вынужденное излучение, порог которого становится сравним с порогом однофотонного процесса. Другими словами, изначально очень маловероятный процесс становится сопоставим с более вероятным процессом. Это стало возможным за счет подбора параметров геометрии метаповрехности, при которых у нас получилось значительно усилить электромагнитное поле возбуждающего излучения в пленке перовскита», — рассказывает Павел Тонкаев, один из авторов работы, аспирант Нового физтеха ИТМО.
Павел Тонкаев. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Моделирование динамики свободных носителей и рекомбинации экситонов при нелинейном фотовозбуждении показывает, что этот эффект может быть связан с усилением локального поля в структурированных средах, значительным увеличением перекрытия мод и правилами отбора двухфотонного поглощения в перовскитах.
В дальнейшем это исследование поможет при создании визуализатора ИК-излучения. Например, такие устройства необходимы в оптических лабораториях и на производствах, где нужно работать с невидимыми глазу лазерными пучками.
«Инфракрасное излучение глаз не различает, а нашу разработку можно использовать для того, чтобы визуализировать ИК-излучение на основе двухфотонной люминесценции», — поясняет Павел Тонкаев.
Подробнее об исследовании: Yubin Fan, Pavel Tonkaev, Yuhan Wang, Qinghai Song, Jiecai Han, Sergey V. Makarov, Yuri Kivshar and Shumin Xiao, Enhanced Multiphoton Processes in Perovskite Metasurfaces (Nano Lett., 2021).
Иллюстрация концепта усиления двухфотонной фотолюминесценции в метаповерхности из галогенидного перовскита. Источник: статья ученых в журнале Nano Letters / pubs.acs.org
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК