RESEARCH GROUP PICTURE

VORTEX STIRRING OF NANOMATERIALS

FLUORESCENT COATINGS FOR BIOSENSING

PRESENTATION OF RESULTS AT PLASMONICA 2015 WORKSHOP

MAGNETIC STIRRING OF A COLLOIDAL SYSTEM

OPTICAL PROPERTIES OF MATERIALS THROUGH SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY

PLASMA TREATMENT ON NANOMATERIALS

USING X RAY DIFFRACTION TO FIND NANOSTRUCTURES

CREATION OF NEW MATERIALS THROUGH 3D PHOTOPOLYMERIZATION

COLORS WITHOUT PIGMENTS

TRANSIENT ENHANCEMENT AND SPECTRAL NARROWING OF THE PHOTOTHERMAL EFFECT OF PLASMONIC NANOPARTICLES UNDER PULSED EXCITATION

"Transient Enhancement and Spectral Narrowing of The Photothermal Effect of Plasmonic Nanoparticles Under Pulsed Excitation". E. Y. Lukianova-Hleb, A. N. Volkov, X. Wu, D. O. Lapotko. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201204083

The transient 100-fold enhancement and spectral narrowing to 2 nm of the photothermal conversion by solid gold nanospheres under near-infrared excitation with a short laser pulse is reported. This non-stationary effect was observed for a wide range of optical fluences starting from 10 mJ cm⁻² for single nanospheres, their ensembles and aggregated clusters in water, in vitro and in vivo. 

Se reporta el incremento transitorio de 100 veces y el estrechamiento espectral a 2 nm de la conversión fototérmica en nanoesferas de oro, ante la excitación en el infrarrojo cercano con pulsos cortos de luz láser. Este efecto no estacionario fue observado en un amplio intervalo de fluencias ópticas, que comienzan desde 10 mJ cm⁻² para nanoesferas aisladas, para sus arreglos y para sus clústers en agua, in vitro e in vivo.

 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201204083

PLASMONICS FOCUS ISSUE

Nature Photonics published in November 2012 a special focus issue on Plasmonics. This Focus Issue covers some recent developments on Plasmonics including, nonlinear plasmonics, acousto-magneto effects, plasmons on graphene and biosensor applications. Briefly, Plasmonics takes advantage of the coupling of light to charges like electrons in metals, which allows breaking the diffraction limit for the localization of light into subwavelength dimensions enabling strong field enhancements.

En Noviembre 2012 Nature Photonics publicó un número especial dedicado a la Plasmónica. Este número especial abarca algunos desarrollos recientes de la Plasmónica, incluyendo la plasmónica no lineal, los efectos acustomagnéticos, los plasmones en grafeno y las aplicaciones en biosensores. En pocas palabras, la Plasmónica aprovecha el acoplamiento de la luz con las cargas eléctricas de los metales, lo cual permite sobrepasar el límite de difracción y localizar luz en dimensiones inferiores a su longitud de onda, permitiendo así fuertes incrementos del campo eléctrico.

http://www.nature.com/nphoton/focus/plasmonics/index.html 

TV WITH HIGH-END COLOR VIA QUANTUM DOT TECHNOLOGY

 

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Some Sony's Bravia LCD TVs have incorporated quantum dot technology to get exceptionally high-end color. The technology involves nanoscale particles known as quantom dots. They improve significantly the color viewing in the new TVs.

Algunas televisiones Bravia LCD de Sony han incorporado tecnología basada en puntos cuánticos para lograr una excepcionalmente alta calidad de colores. La tecnología involucra nanopartículas conocidas como puntos cuánticos. Estas nanopartículas mejoran significativamente la percepción de color en las nuevas televisiones.

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

SECOND HARMONIC GENERATION REVEALS MATRIX ALTERATIONS DURING BREAST TUMOR PROGRESSION

"Second harmonic generation reveals matrix alterations during breast tumor progression". K. Burke, P. Tang, E. Brown. JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 18, 031106 (2012). 

DOI: 10.1117/1.JBO.18.3.031106

Alteration of the extracellular matrix in tumor stroma influences efficiency of cell locomotion away from the primary tumor into surrounding tissues and vasculature, thereby affecting metastatic potential. We study matrix changes in breast cancer through the use of second harmonic generation (SHG) of collagen in order to improve the current understanding of breast tumor stromal development. Specifically, we utilize a quantitative analysis of the ratio of forward to backward propagating SHG signal (F/B ratio) to monitor collagen throughout ductal and lobular carcinoma development. After detection of a significant decrease in the F/B ratio of invasive but not in situ ductal carcinoma compared with healthy tissue, the collagen F/B ratio is investigated to determine the evolution of fibrillar collagen changes throughout tumor progression. Results are compared with the progression of lobular carcinoma, whose F/B signature also underwent significant evolution during progression, albeit in a different manner, which offers insight into varying methods of tissue penetration and collagen manipulation between the carcinomas. This research provides insights into trends of stromal reorganization throughout breast tumor development.

La alteración de la matriz extracelular en el estroma tumoral influye en la eficiencia de la locomoción celular alejándose del tumor primario en los tejidos circundantes y en el sistema vascular, afectando así el potencial metastático. Se estudian los cambios en la matriz en los casos de cáncer de pecho a través del uso de la generación de segundo armónico (SHG) del colágeno, con la intención de mejorar el entendimiento actual acerca del desarrollo del estroma en el tumor de pecho. Específicamente, se utiliza un análisis cuantitativo de la razón de señal SHG que se propaga hacia adelante y hacia atrás (razón F/B), para seguir al colágeno a lo largo de desarrollo del carcinoma ductal y lobular. Después de la detección de una notable disminución en la razón F/B del carcinoma ductal invasivo, mas no in situ, en comparación con el tejido sano, la razón F/B del colágeno se investigó para determinar la evolución de los cambios de colágeno fibrilar a través de la progresión del tumor. Los resultados se compararon con la progresión del carcinoma lobular, cuya razón F/B también experimentó una evolución notable durante la progresión, aunque de forma distinta, lo cual profundiza en los diversos métodos para la penetración de tejido y la manipulación de colágeno entre los carcinomas. Esta investigación proporciona un mayor entendimiento de las tendencias de la reorganización estromal a lo largo del desarrollo del tumor de pecho.

http://dx.doi.org/10.1117/1.JBO.18.3.031106  

INJECTABLE PREFORMED SCAFFOLDS WITH SHAPE-MEMORY PROPERTIES

 

"Injectable preformed scaffolds with shape-memory properties". S. A. Bencherif, R. W. Sands, D. Bhatta, P. Arany, C. S. Verbeke, D. A. Edwards, D. J. Mooney. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. In press. DOI: 10.1073/pnas.1211516109

Injectable biomaterials are increasingly being explored to minimize risks and complications associated with surgical implantation. We describe a strategy for delivery via conventional needle–syringe injection of large preformed macroporous scaffolds with well-defined properties. Injectable 3D scaffolds, in the form of elastic sponge-like matrices, were prepared by environmentally friendly cryotropic gelation of a naturally sourced polymer. Cryogels with shape-memory properties may be molded to a variety of shapes and sizes, and may
be optionally loaded with therapeutic agents or cells. These scaffolds have the capability to withstand reversible deformations at over 90% strain level, and a rapid volumetric recovery allows the structurally defined scaffolds to be injected through a small-bore needle with nearly complete geometric restoration once delivered. These gels demonstrated long-term release of biomolecules in vivo. Furthermore, cryogels impregnated with bioluminescent reporter cells provided enhanced survival, higher local retention, and extended engraftment of transplanted cells at the injection site compared with a standard injection technique. These injectable scaffolds show great promise for various biomedical applications, including cell therapies.

Los biomateriales inyectables se están explorando cada vez más para minimizar lo riesgos y las complicaciones asociadas a los implantes quirúrgico. Aquí se describe una estrategia para el envío, mediante inyección convencional con una jeringa de aguja, de soportes macroporosos altamente desarrollados y con propiedades bien definidas. Los soportes 3D inyectables, en la forma de matrices elásticas tipo esponjas, se prepararon mediante una gelación criotrópica, amigable con el ambiente, de un polímero que se encuentra naturalmente. Las propiedades de los criogeles con memoria de forma pueden ser moldeados en toda una variedad de formas y tamaño, y pueden ser cargados opcionalmente con agentes terapéuticos o con células. Estos soportes tienen la capacidad de soportar deformaciones reversibles hasta por encima del 90% del nivel de esfuerzo, y una rápida recuperación volumétrica permite que los soportes definidos estructuralmente sean inyectados a través de una pequeña aguja y presenten una restauración geométrica completa una vez que se han enviado. Estos geles muestran una liberación de largo plazo de biomoléculas in vivo. Es más, los criogeles impregnados con células sonda bioluminiscentes, permitiendo una mayor supervivencia, una mayor retención local, y extendiendo el injerto de células transplantadas en el sitio de inyección, en comparación con la técnica usual de inyección. Estos soportes inyectables representan una gran promesa para diversas aplicaciones biomédicas, incluidas las terapias celulares.

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1211516109

TWO-PHOTON EXCITED LUMINESCENCE OF LANTHANIDE COMPLEX IN MONOLITHIC SOL-GEL HYBRID MATERIAL

 "Two-photon excited luminescence of lanthanide complex in monolithic sol–gel hybrid material". O. Maury, A. D'Aléo, A. Picot, S. Brasselet, P. L. Baldeck, F. Chaput, S. Parola, C. Andraud. JOURNAL OF LUMINESCENCE 133, 175 (2013). DOI: 10.1016/j.lumin.2011.09.039

A π-conjugated donor functionalized tris-dipicolinate complex, featuring promising two-photon excited luminescence properties in water was successfully embedded in a monolithic sol–gel material. A complete spectroscopic study unambiguously indicates that the europium complex conserves its integrity in this sol–gel matrix and the improvement of the luminescence lifetime clearly indicates a stabilisation of the complex in the matrix. Biphotonic confocal microscopy measurement shows that the Eu(III) luminescence can be sensitized in the sol–gel material using a two-photon antenna process, which is a first step towards the design of doped sol–gel nanoparticles for two-photon imaging applications.

Un complejo tris-dipicolinato funcionalizado con un donador π-conjugado, con características prometedoras en agua para la luminiscencia excitada a dos fotones, se incorporó exitosamente en un material sol-gel monolítico. El estudio espectroscópico completo indica, sin lugar a dudas, que el complejo de europio conserva su integridad en esta matriz sol-gel, y la mejoría en el tiempo de vida de la luminiscencia indica claramente la estabilización del complejo en la matriz. Las mediciones hechas por microscopia cofocal bifotónica muestran que la luminiscencia del Eu(III) puede sensibilizarse en el material sol-gel mediante un proceso de antena a dos fotones, lo cual es el primer paso hacia el diseño de nanopartículas sol-gel contaminadas para aplicaciones de imagenología a dos fotones.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.09.039

NONLINEAR OPTICS: PHENOMENA, MATERIALS AND DEVICES

Nonlinear optics: phenomena, materials and devices is a Wiley Series book published in 2012.

Coauthored by George Stegeman, one of the most highly respected pioneers of nonlinear optics—with contributions on applications from Robert Stegeman—this book covers nonlinear optics from a combined physics, optics, materials science, and devices perspective. It offers a thoroughly balanced treatment of concepts, nonlinear materials, practical aspects of nonlinear devices, and current application areas.

Beginning with the presentation of a simple electron on a spring model—to help readers make the leap from concepts to applications—Nonlinear Optics gives comprehensive explanations of second-order phenomena, derivation of nonlinear susceptibilities, third-order nonlinear effects, multi-wave mixing, scattering, and more. Coverage includes:

• Nonlinear response of materials at the molecular level
• Second-order nonlinear devices, their optimization and limitations
• The physical origins of second- and third-order nonlinearities
• Typical frequency dispersion of nonlinearities, explained in terms of simple two- and three-level models
• Ultrafast and ultrahigh intensity processes
• Practice problems demonstrating the design of such nonlinear devices as frequency doublers and optical oscillators

Based on more than twenty years of lectures at the College of Optics and Photonics (CREOL) at the University of Central Florida, Nonlinear Optics introduces all topics from the ground up, making the material easily accessible not only for physicists, but also for chemists and materials scientists, as well as professionals in diverse areas of optics, from laser physics to electrical engineering.

Nonlinear optics: phenomena, materials and devices es un libro de la Wiley Series publicado en 2012.

Con coautoría de George Stegeman, uno de los pioneros más respetados en la óptica no lineal —con contribuciones en aplicaciones por parte de Robert Stegeman— este libro cubre la óptica no lineal desde una perspectiva combinada que incluye física, óptica, ciencia de materiales y dispositivos. Ofrece un tratamiento minucioso y balanceado de conceptos, materiales no lineales, aspectos prácticos de dispositvos no lineales y de las áreas actuales de aplicación.

Comenzando con la presentación de un sólo electrón en un modelo de resorte —para ayudar a los lectores a pasar de los conceptos a las aplicaciones—Nonlinear Optics proporciona amplias explicaciones de los fenómenos de segundo orden, de la deducción de susceptibilidades no lineales, de los efectos no lineales de tercer orden, de la mezcla múltiple de ondas, del esparcimiento, y más. El libro incluye:

• Respuesta no lineal de los materiales a nivel molecular
• Dispositivos no lineales de segundo orden, su optimización y sus limitaciones
• El origen físico de las no linealidades de segundo y tercer orden
• Dispersión de frecuencias típica de las no linealidades, explicada en términos de modelos sencillos de dos y tres niveles
• Procesos ultrarápidos y ultraintensos
• Problemas prácticos que demuestran el diseño de tales dispositivos no lineales como dobladores de frecuencias y osciladores ópticos

Basado en más de veinte años de lecciones en el College of Optics and Photonics (CREOL) de la University of Central Florida, Nonlinear Optics presenta todos los temas desde lo básico, haciendo el contenido accesible no solamente a físicos, sino también a químicos y científicos de materiales, así como a profesionales de diversas áreas de la óptica, desde la física de láseres hasta la ingeniería eléctrica.

http://www.amazon.com/Nonlinear-Optics-Phenomena-Materials-Devices/dp/1118072723 

http://books.google.com.mx/books/about/Nonlinear_Optics.html?id=eoIElcV7MEMC&redir_esc=y 

ULTRATHIN, HIGH-EFFICIENCY, BROAD-BAND, OMNI-ACCEPTANCE, ORGANIC SOLAR CELLS ENHANCED BY PLASMONIC CAVITY WITH SUBWAVELENGTH HOLE ARRAY

 "Ultrathin, high-efficiency, broad-band, omni-acceptance, organic solar cells enhanced by plasmonic cavity with subwavelength hole array". S. Y. Chou, W. Ding. OPTICS EXPRESS 21, A60 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.000A60

Three of central challenges in solar cells are high light coupling into solar cell, high light trapping and absorption in a sub-absorption-length-thick active layer, and replacement of the indium-tin-oxide (ITO) transparent electrode used in thin-film devices. Here, we report a proposal and the first experimental study and demonstration of a new ultra-thin high-efficiency organic solar cell (SC), termed “plasmonic cavity with subwavelength hole-array (PlaCSH) solar cell”, that offers a solution to all three issues with unprecedented performances. The ultrathin PlaCSH-SC is a thin plasmonic cavity that consists of a 30 nm thick front metal-mesh electrode with subwavelength hole-array (MESH) which replaces ITO, a thin (100 nm thick) back metal electrode, and in-between a polymer photovoltaic active layer (P3HT/PCBM) of 85 nm thick (1/3 average absorption-length). Experimentally, the PlaCSH-SCs have achieved (1) light coupling-efficiency/absorptance as high as 96% (average 90%), broad-band, and Omni acceptance (light coupling nearly independent of both light incident angle and polarization); (2) an external quantum efficiency of 69% for only 27% single-pass active layer absorptance; leading to (3) a 4.4% power conversion efficiency (PCE) at standard-solar-irradiation, which is 52% higher than the reference ITO-SC (identical structure and fabrication to PlaCSH-SC except MESH replaced by ITO), and also is among the highest PCE for the material system that was achievable previously only by using thick active materials and/or optimized polymer compositions and treatments. In harvesting scattered light, the Omni acceptance can increase PCE by additional 81% over ITO-SC, leading to a total 175% increase (i.e. 8% PCE). Furthermore, we found that (a) after formation of PlaCSH the light reflection and absorption by MESH are reduced by 2 to 6 fold from the values when it is alone; and (b) the sheet resistance of a 30 nm thick MESH is 2.2 ohm/sq or less–4.5 fold or more lower than the best reported value for a 100 nm thick ITO film, giving a lowest reflectance-sheet-resistance product. Finally, fabrication of PlaCSH has used nanoimprint on 4” wafer and is scalable to roll-to-roll manufacturing. The designs, fabrications, and findings are applicable to thin solar cells in other materials. 

Tres de los retos centrales que existen en la fabricación de celdas solares son un alto acoplamiento de la luz a la celda solar, un alto atrapamiento de luz y una alta absorción en una capa activa de espesor sumamente pequeño, y el reemplazo del óxido de indio estaño (ITO) como electrodo transparente en los dispositivos de películas delgadas. Aquí se reporta una propuesta y el primer estudio experimental que demuestra una nueva celda solar (SC) orgánica ultradelgada de alta eficiencia, nombrada "celda solar de cavidad plasmónica con arreglo de huecos de dimensión inferior a la longitud de onda (PlaCSH)", que ofrece una solución sin precedentes a los tres retos mencionados. Las PlaCSH-SC ultradelgadas son cavidades plasmónicas delgadas que consisten de un electrodo de 30 nm de espesor, hecho de un enrejado metálico con un arreglo de huecos de dimensiones inferiores a la longitud de onda (MESH), que reemplaza al ITO, de un contraelectrodo metálico delgado (100 nm de espesor), y entre los electrodos, de una capa activa de 85 nm de espesor hecha de un polímero fotovoltaico (P3HT/PCBM) (en promedio, con 1/3 de profundidad de absorción). Experimentalmente las PlaCSH-SC logran (1) una eficiencia de acoplamiento/absorción de luz de hasta un 96% (90% en promedio), una amplia banda espectral, y una omni-aceptación (acoplamiento de luz independiente del ángulo de incidencia y de la polarización de la luz); (2) una eficiencia cuántica externa del 69% para tan sólo el 27% de la absorbancia sencilla de la capa activa; llevando a (3) una eficiencia de conversión energética del 4.4% (PCE) ante iluminación solar estándar, la cual es 52% mayor que las de las ITO-SC de referencia (con fabricación y estructura idénticas que las PlaCSH-SC, salvo por el ITO reemplazado por MESH), y también su PCE se encuentra entre las más altas reportadas para sistemas obtenidos previamente a partir de el uso exclusivo de capas activas gruesas y/o compuestos de polímeros optimizados. En cuanto a la colección de luz esparcida, la omni-aceptación puede incrementar la PCE en un 81% adicional por encima de las de ITO-SC, llevando a un incremento total del 175% (i.e. 8% PCE). Además, se encontró que (a) después de la formación de PlaCSH la reflexión y la absorción de la luz por MESH se reduce en un factor que va de 2 a 6 respecto a cuando se encuentra aislada; y (b) la resistencia de la capa de MESH de 30 nm es de 2.2 ohm/sq o menor - 4.5 veces menor que el mejor valor reportado para una película de ITO de 100 nm de espesor, dando lugar a un material con el menor valor del producto reflectancia-resistencia. Finalmente, durante la fabricación de PlaCSH se ha hecho uso de nanoimpresión sobre una oblea de 4", pero es escalable a una manufactura hecha por rodillos. Los diseños, la fabricación y los resultados también se aplican a celdas solares delgadas hechas con otros materiales.

http://dx.doi.org/10.1364/OE.21.000A60 

CONTROLLED-REFLECTANCE SURFACES WITH FILM-COUPLED COLLOIDAL NANOANTENNAS

 

"Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas". A. Moreau, C. Ciraci, J. J. Mock, R. T. Hill, Q. Wang, B. J. Wiley, A. Chilkoti, D. R. Smith. NATURE 492, 86 (2012). DOI: 10.1038/nature11615

Efficient and tunable absorption is essential for a variety of applications, such as designing controlled-emissivity surfaces for thermophotovoltaic devices, tailoring an infrared spectrum for controlled thermal dissipation and producing detector elements for imaging. Metamaterials based on metallic elements are particularly efficient as absorbing media, because both the electrical and the magnetic properties of a metamaterial can be tuned by structured design. So far, metamaterial absorbers in the infrared or visible range have been fabricated using lithographically patterned metallic structures, making them inherently difficult to produce over large areas and hence reducing their applicability. Here we demonstrate a simple method to create a metamaterial absorber by randomly adsorbing chemically synthesized silver nanocubes onto a nanoscale-thick polymer spacer layer on a gold film, making no effort to control the spatial arrangement of the cubes on the film. We show that the film-coupled nanocubes provide a reflectance spectrum that can be tailored by varying the geometry (the size of the cubes and/or the thickness of the spacer). Each nanocube is the optical analogue of a grounded patch antenna, with a nearly identical local field structure that is modified by the plasmonic response of the metal’s dielectric function, and with an anomalously large absorption efficiency that can be partly attributed to an interferometric effect. The absorptivity of large surface areas can be controlled using this method, at scales out of reach of lithographic approaches (such as electron-beam lithography) that are otherwise required to manipulate matter on the nanoscale. 

La absorción eficiente y modulable es esencial para toda una variedad de aplicaciones tales como el diseño de superficies con emisión controlada para dispositivos termofotovoltaicos, el diseño dirigido en el espectro infrarrojo para la disipación térmica controlada, y la producción de elementos de detección para imagenología. Los metamateriales hechos de elementos metálicos son particularmente eficientes como medios de absorción, porque tanto sus propiedades eléctricas como magnéticas pueden modificarse por medio de su diseño estructural. Desde hace tiempo los metamateriales usados para absorción en el infrarrojo o en el visible se han fabricado realizando litografía en base a máscaras con estructuras metálicas, lo cual los vuelve difíciles de producir a gran escala, reduciendo así sus posibles aplicaciones. Aquí se muestra un método sencillo para crear un metamaterial que absorbe luz, por medio de la síntesis de nanocubos de plata, a través de adsorción química aleatoria, sobre una capa de polímero de grosor nanométrico depositada sobre una película de oro, sin necesidad de controlar el arreglo espacial de los cubos sobre la película. Se muestra que los nanocubos acoplados a la película proporcionan un espectro de reflectancia que puede modificarse de manera controlada a partir de la modificación de la geometría (del tamaño de los cubos y/o del grosor del espaciador). Cada nanocubo es el análogo óptico de una antena aterrizada, con una estructura del campo local casi idéntica, la cual es modificada por la respuesta plasmónica de la función dieléctrica del metal, y con una enorme y anómala eficiencia de absorción, la cual se puede atribuir parcialmente a un efecto de interferencia. La absortividad de superficies extensas puede controlarse utilizando este método, en escalas que sobrepasan a los métodos litográficos (tales como la litografía por haces de electrones), y que de otra manera se requerirían para manipular a la materia en la nanoescala.

http://dx.doi.org/10.1038/nature11615

NANOFOCUSING IN A METAL-INSULATOR-METAL GAP PLASMON WAVEGUIDE WITH A THREE-DIMENSIONAL LINEAR TAPER

 

"Nanofocusing in a metal–insulator–metal gap plasmon waveguide with a three-dimensional linear taper". H. Choo, M.-K. Kim, M. Staffaroni, T. J. Seok, J. Bokor, S. Cabrini, P. J. Schuck, M. C. Wu, E. Yablonovitch. NATURE PHOTONICS 6, 838 (2012). DOI: 10.1038/nphoton.2012.277

The development of techniques for efficiently confining photons on the deep sub-wavelength spatial scale will revolutionize scientific research and engineering practices. The efficient coupling of light into extremely small nanofocusing devices has been a major challenge in on-chip nanophotonics because of the need to overcome various loss mechanisms and the on-chip nanofabrication challenges. Here, we demonstrate experimentally the achievement of highly efficient nanofocusing in an Au–SiO₂–Au gap plasmon waveguide using a carefully engineered three-dimensional taper. The dimensions of the SiO₂ layer, perpendicular to the direction of wave propagation, taper linearly below 100 nm. Our simulations suggest that the three-dimensional linear-tapering approach could focus 830 nm light into a 2 × 5 nm² area with ≤3 dB loss and an intensity enhancement of 3.0 × 10⁴. In a two-photon luminescence measurement, our device achieved an intensity enhancement of 400 within a 14 × 80 nm² area, and a transmittance of 74%.

El desarrollo de técnicas que permitan una confinación eficiente de fotones en regiones espaciales de dimensiones inferiores a la longitud de onda pudieran revolucionar la manera en que se hace investigación científica y de ingeniería. El acoplamiento eficiente de la luz en dispositivos de nanoenfoque extremadamente pequeños ha sido un reto importante para la nanofotónica integrada, debido a la necesidad de superar varios mecanismos de pérdidas y varios retos de nanofabricación integrada. Aquí se demuestra experimentalmente que se pueden lograr nanoenfoques muy eficientes en la brecha plasmónica de una guía de onda hecha de Au–SiO₂–Au, utilizando cuidadosamente un reductor tridimensional. Las dimensiones de la capa de SiO₂, en la dirección perpendicular a la propagación de la onda, se reduce linealmente por debajo de los 100 nm. Las simulaciones sugieren que la reducción lineal tridimensional puede enfocar luz de 830 nm en un área de 2 x 5  nm², con pérdidas  ≤3 dB y un aumento de intensidad del 3.0 × 10⁴. En una medición de luminiscencia a dos fotones, el dispositivo logró un aumento de intensidad de 400 en un área de 14 × 80 nm², así como una transmitancia del 74%.

http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n12/full/nphoton.2012.277.html