Quantifying the Distribution of Biexciton Emission Efficiencies in Colloidal Quantum Shells
Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University（乌得勒支大学德拜纳米科学研究所）；The Center for Photochemical Sciences, Bowling Green State University（鲍灵格林州立大学光化学科学中心）；Department of Physics, Bowling Green State University（鲍灵格林州立大学物理系）
本文提出一种串扰抑制的SPAD阵列光子关联方法，高通量量化超过1000个胶体量子壳的多光子发射，发现双激子发射效率呈近高斯分布，平均值为0.55，估计内在标准差为0.12。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High Photovoltaic Quantum Efficiency in Ultrathin van der Waals Heterostructures
我们报告了对具有超过50%的外量子效率的双（< 15 nm）范德华异质结构的实验测量，并且表明这些结构可以实现> 90%的实验吸收。通过耦合电磁模拟和实验测量，我们表明，pn WSe 2/MoS 2异质结垂直载流子收集可以有超过70%的内部光生载流子收集效率。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-resilient anapole modes associated with TE polarization in semiconductor nanowire
圆柱形纳米线的偏振相关散射各向异性在例如纳米天线、光热治疗、热光致发光、催化、传感、光学滤波器和开关中具有许多潜在的应用。在所有这些应用中，依赖于温度的材料特性起着重要的作用，并且通常会对性能产生不利影响，这取决于辐射阻尼或耗散阻尼的主导地位。在这里，我们采用基于Mie散射理论的数值模拟，研究和比较金属（金，Au）纳米线与间接（硅，Si）和直接（砷化镓，GaAs）带隙半导体纳米线的温度和偏振相关的光学各向异性。结果表明，等离子体散射共振在半导体中，在吸收带内，随着温度的增加而恶化，而那些发生远离吸收带加强作为结果的声子贡献的增加。间接带隙薄（$20 \,\mathrm{nm}$）Si纳米线对于横向电（TE，$E_{\perp}$）和磁（TM，$E_{\parallel}$）模式都呈现低吸收效率，并且对于较短波长处的TM模式呈现高散射效率，使得它们适合作为高效散射体。在TE偏振的半导体纳米线（$r \! = \! 125 \! - \! 130$ nm）中也观察到具有温度弹性的高阶阿那普尔模式，其特征在于高吸收和低散射效率。在此，GaAs纳米线呈现出比Si纳米线大$3 \! - \! 7$倍的吸收效率，使得它们特别适合于温度弹性应用，例如扫描近场光学显微镜（SNOM）、局部加热、非侵入式感测或检测，其需要近场中的能量的强局部化。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strong plasmonic enhancement of biexciton emission: controlled coupling of a single quantum dot to a gold nanocone antenna
多激子跃迁和每次激发发射几个光子构成了用于光电子学应用的半导体量子点的非常有吸引力的特征。然而，这些高阶辐射过程通常在胶体量子点中被俄歇和其他非辐射衰变通道猝灭。为了提高多激子量子效率，几个研究小组已经探索了等离子体增强，到目前为止有中等的结果。通过在金纳米锥天线的近场中控制单个量子点的定位，我们分别在60%和70%的量子效率下将单激子和双激子的辐射衰减率提高了109和100倍，与数值计算的结果非常一致。我们讨论了我们的工作对未来纳米光学的基础和应用研究的影响。
2016-08-28 physics.optics
Bright single-photon sources in bottom-up tailored nanowires
对于真正确定性的单光子源，实现接近1的光提取效率的能力是必要的。最有前途的方法，以达到这样的高效率是基于嵌入单光子发射器的锥形光子波导定义的自顶向下的蚀刻技术。然而，当前自顶向下方法中的光提取效率受到制造缺陷和蚀刻引起的缺陷的限制。通过随机定位的离轴量子发射器进一步调节效率。在这里，我们提出了一个定制的纳米线波导轴上使用自下而上的生长完美定位的单量子点。与没有波导的纳米线中的量子点相比，我们证明了单光子通量的24倍增强，对应于42%的光提取效率。一维纳米线中的这种高效率有望使用同一纳米线pn结内的飞行量子位在远程静止量子位之间的大距离上传输量子信息。
2012-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced Detection Rate and High Photon-Number Efficiencies with a Scalable Parallel SNSPD
本文提出一种28像素并行架构SNSPD，以单同轴线简单读出实现高速低退化运行，最高单光子效率88%，双光子效率75%，三光子效率62%。
2024-12-18 physics.optics quant-ph
Plasmonic nano-resonator enhanced one-photon luminescence from single gold nanorods
在实验中测量了单个金纳米棒的强斯托克斯和反斯托克斯单光子发光。结果表明，斯托克斯和反斯托克斯辐射的强度和偏振态具有很强的相关性。我们的实验观察发现了单根金纳米棒发光的相干过程。我们提出了一个理论模式，腔共振的概念的基础上，一致理解斯托克斯和反斯托克斯光致发光。我们的理论与我们所有的测量结果完全一致。
2015-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic-enhanced photoluminescence in porous silicon with pore-embedded gold nanoparticles fabricated by direct reduction of chloroauric acid
本研究通过在多孔硅光子结构内直接还原氯金酸合成金纳米颗粒，利用等离子体近场增强实现了多孔硅光致发光六倍提升，主要贡献在于解决了金纳米颗粒尺寸和位置控制难题，并展示了其在发光器件和传感器中的应用潜力。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Two and three photon excited luminescence of single gold nanoparticles: Switching between plasmon- and electron-hole-pair emission by ultrashort laser pulses
在这项工作中，我们使用飞秒激光脉冲的800 nm波长的激发和表征单金纳米粒子的多光子发光发射。对于激发与100 fs的激光脉冲，我们观察到一个两个和三个光子的辐射电子空穴对复合为主的发射，而发射是由辐射等离子体衰变激发与500 fs的脉冲。对于具有不同长径比的单个金纳米棒，我们研究了粒子等离子体激元和电子空穴对之间的相互作用，这使我们能够开发一个定量模型来充分描述单个金纳米颗粒的双光子和三光子发光发射。
2018-12-04 physics.optics
Size dependent photoemission study by electrochemical coarsening of nanoporous gold
该研究通过电化学电位循环逐步粗化纳米多孔金，揭示光电子发射量子效率随韧带直径增大而按直径平方反比下降，并量化了小尺寸下的电子发射效率。
2024-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser-initiated electron and heat transport in gold-skutterudite CoSb$_3$ bilayers resolved by pulsed x-ray scattering
本研究利用皮秒X射线散射泵浦-探测技术，探究金/CoSb₃双层膜光激发后的电子与晶格热输运，发现热量先在下层CoSb₃被检测到，支持光激发电子的弹道输运机制，晶格膨胀数据可解释能量沉积与热输运。
2024-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoluminescence modulation of ZnO via coupling with the surface plasmon resonance of gold nanoparticles
在这封信中，我们研究了金纳米颗粒和氧化锌薄膜之间的耦合如何影响其发射特性。当ZnO/Au薄膜中含有不同厚度的Al 2 O3间隔层时，ZnO薄膜的发光强度发生变化，与理论预测一致。还使用激发源的偏振来控制发射特性。由于金纳米颗粒的表面等离子体共振，其发射特性取决于激发源的偏振。这些系统的光致发光各向异性表明，增强的光致发光可以通过耦合的发射从ZnO与表面等离子体共振的金纳米粒子。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hot Carrier Dynamics in Photoexcited Gold Nanostructures: Role of Interband Excitations and Evidence for Ballistic Transport
利用金属纳米结构中的短寿命光激发电子-空穴对有可能定义光电子学的新阶段，从而能够控制用于光捕获、光检测和光致发光的非热机制。然而，到目前为止，这些光激发载流子的时空动力学和运输仅定性表征。等离子体激元激发已被广泛视为产生非热热载流子的有效机制。尽管有许多实验，结论性的证据阐明和量化的热载流子产生，运输和注入的全部动力学尚未报道。在这里，我们结合实验测量与耦合的第一性原理电子结构理论和玻尔兹曼输运计算提供前所未有的洞察内部量子效率，因此内部物理，热载流子在光激发金（Au）-氮化镓（GAN）纳米结构。我们的研究结果表明，在20 nm厚的Au纳米结构中产生的光激发电子冲击弹道上的Au-GaN界面。这一发现表明，热载流子的能量可以从金属纳米结构中利用，而不会通过热化而产生大量损失。测量和计算还揭示了金属能带结构在等离子体纳米天线的带间阈值以上的能量下的热载流子产生中的重要作用。综上所述，我们的研究结果推进了对现实尺度的金属纳米结构中的激发载流子动力学的理解，并为设计在弹道机制中操作的新型光电子器件奠定了基础。
2017-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Secondary emission from synthetic opal infiltrated by colloidal gold and glycine
比较了光子晶体（PC）的二次发射（光致发光）和布拉格反射光谱，即合成蛋白石、胶体金、甘氨酸和胶体金与甘氨酸的复合物渗透的蛋白石。胶体金和胶体金与甘氨酸的复合物渗入PC的孔中引起布拉格反射的短波长移动（约5-15 nm），并使该带的强度增加1.5-3倍。在光致发光中，胶体金和甘氨酸胶体金对PC的渗透抑制了PC在375-450 nm附近的发射带，增强了PC在470-510 nm区域的阻带肩。所观察到的PC发射带的形状与合成蛋白石中的缺陷相连接，是由渗透层的类型和激发波长决定的。对可能的作用机制进行了讨论。
2012-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Polarization dependence of transverse photo-induced voltage in gold thin film with random nanoholes
在25 nm厚的金膜上，测量了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的横向光感应电压（TPIV）。通过旋转光的椭圆长轴，TPIV显示出依赖于偏振的特定图案。实验结果很容易重现假设角动量转移从光束的薄膜是负责TPIV。基于该机构提出了一种新型的椭圆度测量仪。
2017-01-29 physics.optics
Optical Refrigeration for Ultra-Efficient Photovoltaics
提高太阳能到电能的转换效率对人类来说至关重要。对于单结光伏太阳能电池，Shockley-Queisser热力学效率极限主要是由于热耗散，固有地伴随着电化学势产生的量子过程。已经提出了诸如太阳能热光子学和热光子学的概念来利用这种浪费的热量，但是由于在高温下操作的挑战，超过Shockley-Queisser极限的效率尚未得到证明。在这里，我们提出了一个高效的转换器的基础上吸热的光致发光，在相对较低的温度下工作。低能带隙吸收体的热致蓝移光致发光耦合到高能带隙光伏电池。高吸收体的光电流和高电池电压导致69%的最大理论转换效率。我们的实验表明，10倍的热增强的有用辐射的高带隙电池和107%的平均光子能量增强。这为在光化学领域引入颠覆性创新铺平了道路。
2014-04-29 physics.optics
Quantum-mechanical effects in photoluminescence from thin crystalline gold films
该研究揭示了薄单晶金膜光致发光中的量子力学效应，通过实验和第一性原理模拟证明其发光起源，发现厚度达40nm的金片发光受费米能级附近能带结构面外离散性影响，为探索热载流子和电荷转移动力学铺平道路。
2023-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoacoustic generation by a gold nanosphere: From linear to nonlinear thermoelastics in the long-pulse illumination regime
我们从理论上研究了在热弹性状态下由金纳米球在水中产生的光声。具体来说，我们考虑的长脉冲照明制度，其中的时间为电子-声子热化可以忽略不计，光声波产生产生的热弹性应力所造成的纳米球或其液体环境的温度升高。光声信号的预测计算的基础上的热扩散问题和热弹性问题的连续分辨率，考虑到有限大小的金纳米球和水的热膨胀系数的温度依赖性。对于足够高的照明注量，这种温度依赖性产生光声振幅和注量之间的非线性关系。对于纳秒脉冲的线性制度，我们表明，超过90%的发射光声能量是在水中产生的，和周围的颗粒尺度的生成层的厚度接近脉冲持续时间的平方根。我们的研究结果表明，点吸收模型介绍了Calasso等人。[17]明显高估了非线性区域中光声波的振幅。因此，我们提供了临界能量的定量估计，临界能量定义为使非线性贡献等于线性贡献所需的吸收能量。我们的研究结果表明，临界能量的比例为水的体积，在照明脉冲期间的热量扩散。此外，热非线性被证明是预期只有足够高的超声频率。最后，我们表明，在足够高的能量密度的光声振幅和平衡温度之间的关系，反映了在纳米级的热扩散周围的金纳米球。
2015-10-02 physics.optics
A Polarization-insensitive and high-efficiency Schottky Photodetector integrated with a silicon ridge waveguide
我们提出了一种偏振不敏感和高效率的等离子体硅肖特基二极管，用于通过内部光电发射检测光通信波长范围内的子带隙光子。我们的光电二极管是基于一个混合等离子体硅波导。它有一个金膜覆盖的顶部和侧壁的介质硅波导与肖特基接触形成在金-硅界面。详细介绍了一个广泛的物理模型，并应用于计算和分析我们的探测器的性能。通过与仅顶部接触金的二极管相比，在我们的光电探测器中，侧壁覆盖金的响应度的偏振灵敏度大大降低。在1.2-1.5 μm的宽波长范围内，对两种偏振态的响应度都高得多。此外，肖特基接触只有4 μm长，导致非常小的暗电流。我们的设计是非常有前途的实际应用中的高密度硅光子集成。
2013-11-08 physics.optics
Broadband, efficient extraction of quantum light by a photonic device comprised of a metallic nano-ring and a gold back reflector
为了在应用中实现基于量子发射器的量子光源，期望提高单光子的提取效率。特别是控制发射的方向性和立体角是关键参数，例如，将单光子耦合到光纤中并将量子光中编码的信息长距离发送，用于量子通信应用。此外，量子发射体的辐射行为的基础研究，包括相干性和闪烁的研究，受益于这种改进的光子收集。通过Sttranski-Krastanov技术生长的量子点已经被证明是明亮、相干、不可区分的量子光发射的良好候选者。然而，与这些量子光源相关的挑战之一源于这样一个事实：发射波长可以从一个发射器到另一个发射器而变化。为此，不依赖于高品质因数光学腔的宽带光提取器将是期望的，使得不需要在量子点发射波长和用于增加光提取的谐振器之间进行调谐。在这里，我们表明，金属纳米环与金背反射器相结合，增加了单光子的收集效率，我们研究了量子点在空间上随机分布在纳米环内时，这种效果的统计。当比较具有金背反射器的设备中纳米环内外的发射器时，我们显示亮度平均增加约7.5倍，我们测量到每秒超过7 x 10^6个光子的计数率和高达85%+/-1%的单光子纯度。这些结果是实现用于量子通信应用的可扩展、宽带、易于制造的量子光源的重要步骤。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Harmonic Generation from Metal-Oxide and Metal-Metal Boundaries
我们探索详细的微观模型的结果，通过计算二次和三次谐波产生不连续的自由电子密度的薄膜表面。这些情况可能发生在由简单的金属镜组成的结构中，或者由不同金属或金属和自由电子系统（如导电氧化物）组成的布置中。使用流体动力学的方法，我们突出的情况下，一个金镜，和一个两层系统，含有氧化铟锡（ITO）和金。我们假设金镜表面的特点是不同密度的自由电子云溢出到真空中，这是由于材料分散表现出ε近零条件和局部场增强的表面。对于由薄ITO和金膜组成的bydlayer，如果波从ITO侧入射，则在ITO/金界面处的电磁场呈现出自由电子不连续性，以及增强局部场和转换效率并确定表面的发射特性的波长依赖性ε近零条件。我们评估的相对重要性时出现的自由电子不连续性的额外的非线性源，并表明谐波产生的屏蔽自由电子云的密度是敏感的，而不是它的厚度。我们的研究结果还表明，通过表面电荷工程控制表面谐波产生的可能性。
2018-06-13 physics.optics
Enhancement of the UV emission from gold/ZnO nanorods exhibiting no green luminescence
在发光半导体器件中的界面处的大的反射损耗导致它们的光发射和能量效率的显著降低。金属纳米颗粒（NP）表面涂层已经被证明可以增加从平面高折射率半导体表面的光提取效率。这种在Au NP涂覆的ZnO中的发射增强被广泛地归因于绿色（~ 2.5eV）深能级ZnO缺陷的参与，该缺陷激发NP中的局部表面等离子体，该表面等离子体非辐射衰减成热电子，该热电子返回到ZnO并辐射重组。在这项工作中，我们实现了6倍的增强的紫外线激子发射的ZnO纳米棒，涂覆有5 nm的金纳米颗粒，而没有ZnO缺陷的帮助。阴极发光（CL），光致发光（PL）和一种新的并发CL-PL技术，以及时间分辨PL光谱显示，在UV发射的增加是由于形成一个额外的快速激子弛豫路径，增加激子自发发射率。同时CL-PL测量排除了在发射增强过程中的电荷转移机制的存在。而时间分辨的PL结果证实了一个新的激子复合通道的存在，这是由于激子弛豫通过等离子体辅助激发快速非辐射Au带间跃迁。我们的研究结果表明，ZnO缺陷能级~ 2.5 eV是不需要促进金NP诱导增强的ZnO紫外发射。
2019-10-14 physics.app-ph physics.optics
