Photonic engineering of superbroadband near-infrared emission in nanoglass composites containing hybrid metal and dielectric nanocrystals
The work by Z. Gao (Guest Research Fellow) and coauthors is published in Photonics Research!/ Z. Gao (外国人共同研究者)を筆頭著者とする論文がPhotonics Research誌に掲載されました！(published 24 April 2020)
Photonics ResearchVol. 8,Issue 5,pp. 698-706(2020)•https://doi.org/10.1364/PRJ.379662
Photonic media containing hybrid noble metal–dielectric nanocrystals (NCs) represent a wonderland of nanophotonics, with a myriad of uncharted optical functions yet to be explored. Capitalizing on the unique phase separation and spontaneous formation of Au-metal NCs in a gallosilicate glass, we fabricated Ni2+-doped transparent nanoglass composites (GCs) containing Au-metal/𝛾-Ga2O3-dielectric NCs. Compared with GCs free of Au-metal NCs, the superbroadband near-infrared emission ofNi2+ with a full width at half-maximum over 280 nm is enhanced twice in the Au-metal/γ-Ga2O3 dual-phase GCs. A comparison is given as to the spontaneous emission (SPE) properties of Ni2+ in the dual-phase GCs when pumped resonantly and off-resonantly with the localized surface plasmon resonance band of the Au-metal NCs. The important role of the Au-metal NCs in the SPE enhancement is revealed by theoretical simulation based on the finite-element method. Combining the photonic engineering effect of hybrid Au-metal/γ-Ga2O3 NCs and the sensitization effect of Yb3+ on Ni2+, a record-high enhancement factor of over 10 of the Ni2+ NIR emission is achieved, and optical gain is demonstrated in the GCs at the fiber communication wavelength./ ハイブリッド貴金属-誘電体ナノ結晶（NC）を含むフォトニックメディアは、ナノフォトニクスの未知の無数の光学機能がまだ検討されていません。ガリウムシリケートガラスにおけるAu金属NCの独自の相分離と自発的形成を利用して、Au金属/ 𝛾-Ga2O3誘電NCを含むNi2 +ドープ透明ナノガラス複合材料（GC）を作製しました。 AuメタルNCのないGCと比較して、Auメタル/ 𝛾-Ga2O3二相GCでは、最大幅が280 nmを超える全幅のNi2 +の超広帯域近赤外発光が2倍強化されます。 AuメタルNCの局在表面プラズモン共鳴バンドと共鳴的および非共鳴的に励起された場合の二相GCにおけるNi2 +の自然放出（SPE）特性に関して比較が行われます。 SPE強化におけるAu金属NCの重要な役割は、有限要素法に基づく理論シミュレーションによって明らかにされます。ハイブリッドAu-metal / 𝛾-Ga2O3 NCのフォトニックエンジニアリング効果と、Ni2 +に対するYb3 +の増感効果を組み合わせると、Ni2 + NIR放射の10を超える記録的高増強係数が達成されます。