Исследователи из лаборатории ультрабыстрых явлений физического факультета Варшавского университета в сотрудничестве с Институтом исследований низких температур и структуры Польской академии наук обнаружили новый эффект усиления излучения наночастиц с усилением. Они продемонстрировали, что одновременное возбуждение этих наноструктур двумя лучами лазерного света в ближнем инфракрасном диапазоне приводит к значительному увеличению интенсивности излучения.
При тщательно выбранных условиях видимое излучение возникает только тогда, когда оба луча применяются вместе, хотя ни один из лучей сам по себе не вызывает никакого излучения. Это открытие открывает путь для визуализации инфракрасного излучения за пределами диапазона чувствительности стандартных детекторов. Результаты, потенциально применимые в микроскопии и фотонных технологиях, были опубликованы в журнале ACS Nano.
Среди фотоактивных материалов, используемых в фотонных технологиях, выделяются те, которые поглощают фотоны с более низкой энергией и излучают фотоны с более высокой энергией. Этот процесс стал возможен благодаря последовательному поглощению нескольких фотонов с последующим излучением одного фотона с более высокой энергией.
Хотя преобразование фотонов остаётся одной из наиболее широко используемых характеристик этих материалов, другие применения возникают благодаря их нелинейной реакции. То есть интенсивность излучаемого света не является линейной функцией интенсивности возбуждения. Эта нелинейность делает наночастицы с допированными лантаноидами особенно полезными для повышения разрешения микроскопических изображений.
Совершенно новую область потенциальных применений открыла Павла Раджхель-Миельдзиоц, кандидат наук из лаборатории ультрабыстрых явлений Института экспериментальной физики. Её работа использовала тот факт, что ионы редкоземельных металлов, фотоактивное ядро наночастиц с усилением, имеют сложную структуру энергетических уровней, что позволяет им взаимодействовать со светом в широком диапазоне длин волн.
Она обнаружила, что когда эти наночастицы освещаются не только светом с длиной волны, обычно используемой для возбуждения, но и дополнительными лучами в ближнем инфракрасном диапазоне, интенсивность излучаемого света может резко возрасти, иногда в несколько раз.
«Кроме того, при определённых условиях возникновение видимого света может быть вызвано только совместным действием двух лучей ближнего инфракрасного диапазона — ни один из которых не вызывает эффекта сам по себе», — говорит Раджхель-Миельдзиоц.
Это недавно наблюдаемое явление может найти применение в обнаружении инфракрасного излучения и его преобразовании в видимый свет, а также в разработке новых методов микроскопии и чисто оптических вычислений, открывая новые возможности для будущего фотонных технологий.
Исследование было проведено в сотрудничестве с исследовательской группой под руководством профессора Артура Беднаркевича из Института исследований низких температур и структуры Польской академии наук.
Предоставлено:
Варшавский университет