Сильное усиление эффекта Пёрселла в телекоммуникационном диапазоне благодаря нанокристаллам шпинельного Fe3O4 с плазмонными свойствами, регулируемыми размером

Развитие наноплазмоники может способствовать совершенствованию технологий обработки информации и телекоммуникаций, а также сенсорных систем на основе света. Традиционно для усиления взаимодействия света с веществом, обусловленного локализованными поверхностными плазмонами (LSP), использовали наномасштабные благородные металлы, такие как золото и серебро. Однако в последнее время возрос интерес к нанокристаллам полупроводников с собственной электронной легированностью, поскольку они способны демонстрировать резонансы локализованных поверхностных плазмонов (LSPR) в значительно более широком спектральном диапазоне, включая инфракрасную область. Среди полупроводниковых плазмонных нанокристаллов шпинельные оксиды металлов (sp-MO) представляют собой новый класс материалов, обладающих существенными преимуществами для работы в телекоммуникационных диапазонах инфракрасного спектра и высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды. В настоящей работе исследованы плазмонные свойства нанокристаллов Fe3O4 — шпинельного оксида металла (sp-MO), ранее известного главным образом благодаря своим магнитным свойствам, — и продемонстрирована их способность изменять характеристики излучения квантовых точек (QD), работающих в телекоммуникационном диапазоне. Установлены условия синтеза, позволяющие регулировать размер, состав и характеристики легирования нанокристаллов sp-MO; это обеспечило беспрецедентно широкую — в диапазоне 450 нм — настройку их электронных свойств и плазмонного отклика. В частности, зависимость концентрации свободных электронов от диаметра в серии нанокристаллов Fe3O4 позволила связать оптический отклик с размером нанокристаллов. Кроме того, наблюдение плазмонно-усиленных скоростей релаксации в квантовых точках, излучающих в телекоммуникационном диапазоне, выявило для простых «сэндвич»-структур плазмонный материал—спейсер—излучатель коэффициенты усиления эффекта Пёрселла до 51 раза. Эти значения сопоставимы с ранее достигнутыми только для излучателей видимого диапазона, связанных с традиционными нанокристаллами благородных металлов.3434