プラズモニックナノアンテナにおける大きなパーセル増強の機構を探る

レーザーや単一光子源などのナノフォトニックデバイスを実用化するには、指向性発光、室温広帯域動作、高い輻射量子効率、高い自然放出レートを含む一連の難しい要件を満たさなければならない。これらを同時に実現するには、埋め込み型発光体のさまざまな減衰チャネルを十分理解し制御することのできるプラットフォームが必要である。今回我々は、誘電体ギャップ領域に発光体を埋め込んだ膜結合型金属ナノキューブ系によって、これらすべてのデバイス要件を満たせることを示す。発光体集団の蛍光寿命測定を行ったところ、高い量子効率（>0.5）と指向性発光（集光効率84％）を維持しながら、自然放出レートが1,000倍以上に増大することが明らかになった。また我々は、角度分解蛍光測定を用いて、ナノスケールのギャップにおける発光双極子の配向を独立して決定した。この情報を双極子の三次元空間分布と組み合わせて全波シミュレーションを行うことによって、時間分解発光を予測でき、予測と実験結果は極めてよく一致した。