"Plasmonic Bowtie Nanolaser Arrays". J. Y. Suh, C. H. Kim, W. Zhou, M. D. Huntington, D. T. Co, M. R. Wasielewski, T. W. Odom. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl303086r
Plasmonic lasers exploit strong electromagnetic field confinement at
dimensions well below the diffraction limit. However, lasing from an
electromagnetic hot spot supported by discrete, coupled metal
nanoparticles (NPs) has not been explicitly demonstrated to date. We
present a new design for a room-temperature nanolaser based on
three-dimensional (3D) Au bowtie NPs supported by an organic gain
material. The extreme field compression, and thus ultrasmall mode
volume, within the bowtie gaps produced laser oscillations at the
localized plasmon resonance gap mode of the 3D bowties. Transient
absorption measurements confirmed ultrafast resonant energy transfer
between photoexcited dye molecules and gap plasmons on the picosecond
time scale. These plasmonic nanolasers are anticipated to be readily
integrated into Si-based photonic devices, all-optical circuits, and
nanoscale biosensors.
Los láseres plasmónicos hacen uso del confinamiento del campo electromagnético en dimensiones muy por debajo del límite de difracción. Sin embargo, hasta el día de hoy no ha sido demostrada la emisión de luz láser desde un punto electromagnético intenso soportado en nanopartículas metálicas acopladas y discretas. Se presenta un nuevo diseño para un nanoláser que funciona a temperatura ambiente basado en NPs con forma de moños tridimensionales (3D) de Au, soportados en un material orgánico con ganancia. La compresión extrema del campo, y en consecuencia, el volumen de modos ultrapequeños, produce oscilaciones láser en los puntos de separación de los moños con modos localizados de resonancia plasmónica en las separaciones de los moños 3D. Mediciones de absorción dependiente del tiempo confirman la transferencia ultrarrápida de energía resonante entre las moléculas de colorante fotoexcitadas y la separación de los plasmones en una escala temporal de picosegundos. Estos nanoláseres plasmónicos se podrán integrar en dispositivos fotónicos hechos de Si, en circuitos completamente ópticos y en biosensores nanométricos.
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