Рассмотрено явление, названное поверхностным резонансом плазмона. Это – когда исследователи освещают интерфейс между проведением и изоляционным материалом.
Если угол, поляризация и длина волны поступающего света просто правильные, электроны в проводнике начинают колебаться. Это колебание создает интенсивное электрическое поле, простирающееся в изолятор, который может использоваться во всем от биомедицинских датчиков до солнечных батарей или оптикоэлектронных устройств.
Длина волны света, который вызывает эти колебания, зависит от природы проводящего материала. Материалы с высокой плотностью свободных электронов (как металлы) отвечают на короткие длины волны света, такие как те в ультрафиолетовом диапазоне.
Материалы с более низкой электронной плотностью (как обычные полупроводники) отвечают на длинные длины волны света, такие как те в далеком IR. Но до сих пор, был огромный промежуток – ученые были неспособны определить материалы, которые могли поддержать эффективный поверхностный резонанс плазмона, когда предназначено с длинами волны света в середине IR диапазон (т.е. между 1,500 и 4,000 wavenumbers).«Есть по крайней мере три практических причины желания определить материалы, которые показывают поверхностный резонанс плазмона в ответ на середину IR свет», говорит доктор Джон-Пол Мария, соответствующий автор статьи о работе и преподавателе материаловедения и разработки в государстве NC.
«Сначала, это могло сделать солнечную технологию сбора урожая более эффективной, использовав в своих интересах середину IR длины волны света – что свет не будет потрачен впустую. Во-вторых, это позволило бы нам разрабатывать более сложную молекулярную технологию ощущения для использования в биомедицинском применении.
И в-третьих, это позволило бы нам разрабатывать более быстрые, более эффективные оптикоэлектронные устройства», говорит Мария.«Мы теперь синтезировали такой материал и показали, что он эффективно показывает поверхностный резонанс плазмона с низким уровнем потерь в середине IR диапазон», говорит Мария. Другими словами, это эффективно преобразовывает середину IR свет в колеблющиеся электроны.Определенно, исследовательская группа «лакировала» окись кадмия с элементом редкоземельных элементов, названным dysprosium, подразумевая, что крошечная сумма dysprosium была добавлена к окиси кадмия, не изменяя кристаллическую структуру материала.
Это делает две вещи. Во-первых, это создает свободные электроны в материале. Во-вторых, это увеличивает подвижность электронов. В целом, это облегчает для середины IR свет, чтобы вызвать колебания в электронах эффективно.
«Обычно, когда Вы лакируете материал, электронная подвижность понижается», говорит Мария. «Но в этом случае мы нашли противоположное – больше dysprosium лакирующие увеличения эта критическая особенность. В технических терминах наши эксперименты показали, что Dy-допинг сокращает количество кислородных вакансий в кристалле CdO.
Кислородные вакансии, которые соответствуют местоположениям, где атомы кислорода отсутствуют, являются сильными электронными рассеивателями и вмешиваются в электронное движение. В наиболее основных условиях, удаляя эти дефекты, электроны рассеиваются меньше и становятся более мобильными».Бумага, «Dysprosium лакировал окись кадмия: материал ворот для середины инфракрасного plasmonics», был издан онлайн 16 февраля по своей природе Материалы. Ведущий автор статьи – Эдвард Сэчет, аспирант в государстве NC.
Среди соавторов Кристофер Шелтон, Джошуа Харрис, Бенджамин Гэдди, и доктор Дуг Ирвинг и доктор Стефан Франзен государства NC; доктор Стефано Куртароло из Университета Дюка; Брайан Донован и доктор Патрик Хопкинс из Университета Вирджинии; и доктор Питер Шарма, доктор Ана Лима Шарма и доктор Джон Ихлефельд из Национальных лабораторий Сандиа.Исследование было поддержано Национальным научным фондом под грантами CHE-1112017 и DMR-1151568, Офис Военно-воздушных сил Научного исследования под FA9550 14 1 0067 гранта и Офис Военно-морского Исследования под N00014 13 4 0528 гранта.