Harnessing scalable chiral nanophotonics towards circularly polarized emission applications
Els avenços en nanotecnologia han introduït mètodes innovadors per estudiar les propietats dels materials, utilitzant la llum com a eina clau. La polarització, en particular, revela detalls estructurals, fent essencial el seu control precís. Les fonts de llum miniaturitzades amb polarització ajustab...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:308920 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/308920 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Fotònica Photonics Fotónica Electromagnetisme Electromagnetism Electromagnetismo Quiralitat Chirality Quiralidad Ciències Experimentals |
| Sumario: | Els avenços en nanotecnologia han introduït mètodes innovadors per estudiar les propietats dels materials, utilitzant la llum com a eina clau. La polarització, en particular, revela detalls estructurals, fent essencial el seu control precís. Les fonts de llum miniaturitzades amb polarització ajustable són fonamentals per a la caracterització in situ. La llum polaritzada circularment es pot controlar mitjançant xarxes de nanoantenes quirals, una alternativa compacta als sistemes òptics voluminosos. Les metasuperfícies quirals, fabricades amb mètodes d'alta resolució com la litografia amb feix d'electrons o d'ions focalitzats, són efectives però costoses i lentes, cosa que en limita l'escalabilitat industrial. La litografia per nanoimpressió (NIL) sorgeix com una alternativa rendible per fabricar metasuperfícies de gran àrea, sent compatible amb processos industrials roll2roll. Tot i que la NIL ha tingut èxit en aplicacions optoelectròniques, la seva implementació per a metasuperfícies quirals a gran escala encara és limitada. Aquesta tesi presenta la integració pionera de NIL no convencional per fabricar metasuperfícies quirals de gran àrea. Aquestes metasuperfícies confereixen propietats quirals als nanomaterials emissors de llum dipositats sobre elles, acoblant els processos d'emissió als modes col·lectius quirals sostinguts per xarxes quirals 2D. Primer, vam nanoimprimir emissors aquirals en patrons quirals de gammadió. Això demostra que els emissors aquirals produeixen llum polaritzada circularment quan s'organitzen en arquitectures quirals, assolint una emissió disimètrica circular (glum) de 0,15, millorant en dos ordres de magnitud els mètodes químics. També s'observa la inversió de polarització característica de les metasuperfícies quirals 2D, canviant l'emissió entre semiespais. Amb l'addició d'una capa de TiO2, es duplica la disimetria (glum 0,3) mitjançant ressonàncies col·lectives. En segon lloc, vam desacoblar els emissors de la metasuperfície per analitzar el paper de les ressonàncies de xarxa quirals en emissions polaritzades circularment. Quan les bandes d'emissió i la resposta quiroòptica es superposen, el glum arriba a 0,56 en nanocristalls de perovskita verds. Diversos recobriments funcionals (TiO2, Si i Au) ajusten la resposta quiroòptica en l'espectre visible. De manera experimental i computacional, vam investigar l'origen de la disimetria basada en absorció i dispersió per a recobriments dielèctrics (TiO2) i plasmònics (Au). Proposem una arquitectura híbrida amb una metasuperfície de doble impressió per emissions quirals simultànies en dues longituds d'ona. En tercer lloc, vam introduir una xarxa de triskelió hexagonal, una nova estructura quiral que suporta diverses ressonàncies de xarxa en l'espectre visible. Vam provar materials emissors aquirals en aquestes metasuperfícies, assolint glum >0,5 en un ampli rang gràcies a l'acoblament amb modes difractius. Proposem una solució de "mescla blanca" que combina materials emissors blaus (nanoplàques de CdSe/CdS), verds (perovskites CsPbBr3) i vermells (punts quàntics de CdSe/CdS) per a aplicacions de llum quiral blanca. Finalment, vam investigar en profunditat aquesta nova metasuperfície quiral. Vam caracteritzar experimentalment i computacionalment la dispersió angular de les ressonàncies, examinant els orígens de la resposta quiral en polarització lineal i circular. Aprofitant la quiralitat extrínseca, vam assolir emissions de polarització circular ajustables en diferents direccions espacials des d'una metasuperfície estàtica. Amb densitats de potència d'excitació més elevades, també vam demostrar emissió làser polaritzada circularment d'alta puresa (glum >1,9), ajustable mitjançant recobriment de TiO2. |
|---|