"Accelerated single photon emission from dye molecule-driven nanoantennas assembled on DNA". M. P. Busson, B. Rolly, B. Stout, N. Bonod, S. Bidault. NATURE COMMUNICATIONS 3, 962 (2012). DOI: 10.1038/ncomms1964
A photon interacts efficiently with an atom when its frequency
corresponds exactly to the energy between two eigenstates. But at the
nanoscale, homogeneous and inhomogeneous broadenings strongly hinder the
ability of solid-state systems to absorb, scatter or emit light. By
compensating the impedance mismatch between visible wavelengths and
nanometre-sized objects, optical antennas can enhance light–matter
interactions over a broad frequency range. Here we use a DNA template to
introduce a single dye molecule in gold
particle dimers that act as antennas for light with spontaneous
emission rates enhanced by up to two orders of magnitude and single
photon emission statistics. Quantitative agreement between measured rate
enhancements and theoretical calculations indicate a nanometre control
over the emitter-particle position while 10 billion copies of the target
geometry are synthesized in parallel. Optical antennas can thus tune
efficiently the photo-physical properties of nano-objects by precisely
engineering their electromagnetic environment.
Un fotón es capaz de interactuar eficientemente con un átomo cuando su frecuencia corresponde exactamente a la diferencia de energía existente entre dos estados propios. Pero en la escala nanométrica, los ensanchamientos homogéneos e inhomogéneos impiden fuertemente la capacidad de los sistemas de estado sólido a absorber, esparcir o emitir luz. Por medio de la compensación de la falta de empatamiento entre las longitudes de onda visibles y los objetos de tamaño nanométrico, las antenas ópticas pueden aumentar las interacciones entre la luz y la materia a lo largo de un amplio intervalo de frecuencias. Aquí se emplea al ADN como molde para la introducción de moléculas de colorante aisladas en dímeros de partículas de oro, que funcionan como antenas para la luz, con razones de emisión espontánea incrementadas hasta en dos órdenes de magnitud y una estadística de emisión de fotones sencillos. La concordancia cuantitativa, entre los aumentos de las razones medidas y los cálculos teóricos, indica un control nanométrico de la posición de las partículas emisoras cuando 10 mil millones de copias de la geometría bajo estudio se sintetizan en paralelo. Las antenas ópticas pueden entonces entonarse eficientemente a las porpiedades fotofísicas de los nanoobjetos por medio de una ingeniería precisa de su entorno electromagnético.
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