Evolutionary optimization of light-matter coupling in open plasmonic cavities

A collaborative work between S. Murai and TU/e is out in Journal of Chemical Physics ! This paper is part of the JCP Special Topic on Polariton Chemistry: Molecules in Cavities and Plasmonic Media. / 村井助教とTU/e (オランダ)との共同研究成果がJournal of Chemical Physics誌に掲載されました！本研究は群知能の一つである粒子群最適化手法をプラズモニックアレイと励起子の強結合状態最適化に応用した最初の報告です

Using a particle swarm optimization algorithm and finite-difference in time-domain simulations, we optimize the coupling strength between excitons in poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) and surface lattice resonances in open cavities defined by arrays of aluminum nanoparticles. Strong light–matter coupling and the formation of exciton-polaritons are demonstrated. Nanoparticle arrays with optimal dimensions have been fabricated and measured, validating the predictions by the numerical method. P3HT is a regioregular semiconducting polymer used as a donor material in acceptor–donor blends for organic photovoltaic applications. Our results demonstrate the efficacy of the proposed method for the optimization of light–matter coupling and its potential application for the enhanced performance of optoelectronic devices./ 粒子群最適化アルゴリズムと時間領域シミュレーションでの有限差分を使用して、ポリ（3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジリル）（P3HT）の励起子と、 アルミニウムナノ粒子アレイの表面格子共鳴（SLR）の強結合を最適化しました。P3HTは、有機光起電用途のアクセプター-ドナーブレンドのドナー材料として使用される半導体ポリマーです。 我々の結果は、光と物質の結合を最適化するための提案された本最適化手法の有効性と、オプトエレクトロニクスデバイスの性能向上への貢献を示しています。

Evolutionary optimization of light-matter coupling in open plasmonic cavities, J. Chem. Phys. 154, 134110 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0042056 Ping Bai^1,a),  Stan ter Huurne¹, Erik van Heijst^1,2,  Shunsuke Murai^1,3, and  Jaime Gómez Rivas^1,4,b)

S.M. acknowledges financial support from MEXT, Japan 科研費，国際共同研究強化(Kakenhi, Grant No 17KK0133)