Nanoantennas directing a bright future
Our work on nanoantenna phosphor is out in J. Mater. Chem. C! / 我々のナノアンテナ蛍光体に関する成果がJ. Mater. Chem. Cに掲載されました！ Good job, Aichi-kun! Press-released from Kyoto U. 京都大学よりプレスリリースされました！ Also available at EUREKALERT!
同誌のBACK COVERに選ばれました
In nanophotonics, light-scattering nano-elements are referred to as nanoantennas due to their ability to harness light. Nanoantenna phosphors, i.e., phosphor plates combined with nanoantenna, enable spatial and spectral control over luminescence. While the emission enhancement in a specific direction has been reported in nanoantenna studies, the evaluation of the total distribution of radiation as well as the conversion efficiency is largely missing. In this study, we visualize the distribution of photoluminescence from the nanoantenna phosphor into forward, backward, and side directions by using an integrating sphere. Our nanoantenna phosphors consist of a hexagonal array of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles, fabricated on a phosphor plate of yttrium aluminum garnet doped with Ce3+ (YAG:Ce). The experimental results clarify that the nanoantenna increases the forward emission and decreases the side emission, while the total emission intensity remains unchanged. We further enhance the forward emission by depositing the Bragg reflector on the bottom of the plate. A simple analytical model can explain the effects of the antenna size, the plate thickness and the Bragg reflector on the distribution of radiation. The present study allows the flow of photons inside the nanoantenna phosphors to be understood and is useful for the efficient use of photoluminescence. / ナノフォトニクスでは、光散乱ナノ要素は、光を利用する能力があるため、ナノアンテナと呼ばれます。 ナノアンテナ蛍光体、つまりナノアンテナと組み合わせた蛍光体プレートは、発光の空間的およびスペクトル制御を可能にします。 ナノアンテナ研究では特定の方向への放射増強が報告されていますが、放射の全分布と変換効率の評価はほとんどありません。 この研究では、積分球を使用して、ナノアンテナ蛍光体からのフォトルミネッセンスの前方、後方、および側面方向への分布を可視化します。 当社のナノアンテナ蛍光体は、二酸化チタン (TiO2) ナノ粒子の六角形配列で構成され、Ce3+ (YAG:Ce) をドープしたイットリウム アルミニウム ガーネットの蛍光体プレート上に製造されています。 実験結果は、ナノアンテナが前方放射を増加させ、側面放射を減少させる一方で、総放射強度は変化しないことを明らかにしています。 ブラッグ反射板をプレートの底に配置することにより、前方放射をさらに強化します。 簡単な解析モデルで、アンテナのサイズ、プレートの厚さ、およびブラッグ反射器が放射の分布に及ぼす影響を説明できます。 本研究は、ナノアンテナ蛍光体内部の光子の流れを理解することを可能にし、フォトルミネッセンスの効率的な使用に役立ちます。
- タイトル：Photoluminescence engineering with nanoantenna phosphors（ナノアンテナ蛍光体による蛍光エンジニアリング）
- 著 者：村井俊介、Feifei Zhang、愛知広樹、田中勝久
- 掲 載 誌：Journal of Materials Chemistry C
- DOI：https://doi.org/10.1039/d2tc03076d
本研究の一部は科学研究費助成事業（21H04619, 22H01776）、泉科学技術振興財団、コニカミノルタ科学技術振興財団ならびに旭硝子財団の支援を受けて実施されました。また、ナノ加工の一部は京都大学ナノテクノロジーハブ拠点を利用して行われました。