تصميم الإثارة وتقارن معدلات بين بولاريتونس السطحية مأكل مثل الطحين وبواعث الخفيفة

سطح مأكل مثل الطحين بوساطة الفلورية (سبمف) وقد حظيت باهتمام كبير مؤخرا^1،2،،من^34،،من⁵⁶. عندما يتم وضع بواعث خفيفة بالقرب من نظام plasmonic، يمكن نقل الطاقة بين بواعث والسطحية مأكل مثل الطحين بولاريتونس (Spp). وبصفة عامة، الحقول plasmonic قوية يمكن أن يعزز بقوة الإثارة من بواعث². في نفس الوقت، كما يتم زيادة معدل الانبعاثات بسبب الكثافة–من-الدول الكبيرة تم إنشاؤها بواسطة Spp، تسفر عن تأثير بورسيل معروفة³. العمل هاتين العمليتين اليد في اليد في إنتاج سبمف. كما حفزت سبمف العديد من التطبيقات في الإضاءة الحالة الصلبة^1،4، الطاقة الحصاد⁵و⁶من الكشف البيولوجي، أنه يجري حاليا تحقيقات مكثفة. على وجه الخصوص، المعرفة بمعدلات نقل الطاقة من الكائنة بواعث والعكس بالعكس، أي، الإثارة وتقارن معدلات، ذات أهمية كبيرة. ومع ذلك، هي عادة متشابكاً في عمليات الإثارة والانبعاث معا، تزال تفتقر إلى الدراسة في هذا الجانب. على سبيل المثال، معظم الدراسات فقط تحديد نسبة كفاءة الإثارة، الذي يقارن ببساطة الانبعاثات مع أو بدون Spp⁷. القياس الدقيق لمعدل الإثارة لا يزال مفقوداً. من ناحية أخرى، التقليدية الوقت-حل تقنيات مثل الأسفار عمر التحليل الطيفي وتستخدم بشكل روتيني لدراسة ديناميات عملية الانبعاث، ولكنها غير قادر على فصل معدل اقتران من معدل الانحلال إجمالي⁸. وهنا يصف لنا كيف واحدة تحدد لهم عن طريق الجمع بين نموذج معادلة معدل والزمانية إلى جانب وضع نظرية^9،10. بشكل ملحوظ، فإننا نجد أنه يمكن التعبير عن الإثارة وتقارن معدلات من حيث كميات قابلة للقياس، والتي يمكن الوصول إليها عن طريق إجراء انعكاسية حلها من زاوية والاستقطاب والتحليل الطيفي فوتولومينيسسينسي. سنقوم أولاً الخطوط العريضة الصياغة ووصف ثم الأجهزة بالتفصيل. وهذا النهج هو تماما على أساس مجال التردد، وأنها لا تتطلب أي زينة وقت حلها مثل أشعة الليزر فائقة السرعة والعدادات فوتون واحد يرتبط الوقت، والتي مكلفة وصعبة في بعض الأحيان لتنفيذ^{8، 11}-نحن نتوقع هذا الأسلوب لتكون هي تكنولوجيا تمكينية لتحديد الإثارة وتقارن معدلات بين تجاويف مدوية وبواعث الخفيفة.

ويتم إطلاع سبمف في نظم الدوري هنا. لنظام plasmonic دوري حيث يمكن أن تتولد Spp مثل بلوخ، خلاف الإثارة المباشرة والانبعاثات، التي تتميز بالإثارة كفاءة η ومعدل الانبعاثات العفوية Γ_r، يمكن متحمس بواعث قبل Spp واردة و تسوس عبر Spp المنتهية ولايته. وبعبارة أخرى، ظل صدى الإثارة، يتم إنشاؤها Spp واردة لإنشاء حقول plasmonic القوية التي تنشط بواعث. وبمجرد بواعث متحمس، يمكن نقل الطاقة منها إلى Spp المنتهية ولايته، الذي بعد ذلك تبديد إشعاعيا إلى أقصى الميدان، مما يؤدي إلى زيادة الانبعاثات. أنها تحدد سبمف. لبواعث اثنين من المستوى البسيط، الإثارة يشير إلى تزايد انتقال الإلكترونات من الألف إلى الياء للدول متحمس حين الانبعاث يعرف انحلال الإلكترونات مرة أخرى إلى دول الأرض، يصحبها انبعاث فوتون عند أطوال موجية محددة فرق الطاقة بين الدول متحمس وعلى الأرض. شروط سبمف الإثارة والانبعاثات المطلوبة إنجاز مرحلة معروفة مطابقة المعادلة تثير Spp الواردة والصادرة في⁹

(1)

حيث اليورو واليورو_م الثوابت عازل العوازل والمعدن، θ و φ هي الزوايا الحادث ومداري، ف هو فترة الصفيف، λ هو الطول الموجي الإثارة أو الانبعاثات، و m و n هي إعداد صحيحة تحديد ترتيب Spp. للإثارة، سيكون وافيفيكتور في الطائرة لشعاع الليزر راج متناثرة على زخم المباراة مع Spp واردة و θ و φ معا تحديد التكوين الحادث المحدد لمثيرة Spp لتعزيز امتصاص الإلكترونية في الإثارة الطول الموجي λ_{السابقين}. وبالمثل، للانبعاث، Spp المنتهية ولايته ستكون منصبه المتناثرة براج ليتطابق مع خط الضوء والزوايا الآن تمثل قنوات الانبعاثات المحتملة في الانبعاثات الطول الموجي λ_م. بيد أنه لوحظ أنه وصفها بواعث يمكن الزوجين من الطاقة إلى اتجاهي Spp نشر مع الذي له نفس الحجم لكن اتجاهات مختلفة، يمكن أن تسوس Spp عبر مزيج مختلف من (m, n) إلى أقصى حقل مكافئ. التالية (1).

باستخدام نموذج معادلة معدل والزمانية إلى جانب وضع نظرية (CMT)، ونحن نجد أن الإثارة معدل Γ_{السابقين}، أي معدل نقل الطاقة من Spp إلى بواعث، يمكن التعبير عن^9،،من¹²¹³

(2)

حيث η هو معدل الإثارة المباشرة السالفة الذكر وفي غياب Spp واردة، Γ_توت هو معدل الانحلال مجموع Spp الواردة Γ_إس و Γ_راد هي امتصاص المقاومها ومعدلات الاضمحلال الإشعاعي Spp، و  هي نسبة الطاقة فوتولومينيسسينسي مع أو بدون Spp واردة. من ناحية أخرى، يمكن أن تكون مكتوبة اقتران معدل Γ_ج، أي معدل نقل الطاقة من بواعث ل Spp، كما:

(3)

حيث Γ_r هو معدل الانبعاثات المباشرة، هي نسبة الطاقة photoluminescence بين α وساطة^th SPP تسوس ومنافذ مباشرة، و Γ_راد^α و Γ_توت هي أن معدلات الاضمحلال الإشعاعي لمنفذ^ال α وأن معدلات الاضمحلال مجموع. وسوف نرى أنه بينما يمكن أن تقاس جميع معدلات تسوس SPP بالتحليل الطيفي انعكاسية، يمكن تحديد نسبة الطاقة الانبعاثات بواسطة التحليل الطيفي photoluminescence. ويمكن الاطلاع على تفاصيل الصياغات في مرجع^9،10.