Electrical Excitation of Long‑Range Surface Plasmons in PC/OLED Structure with Two Metal Nanolayers
Valery Konopsky*, ValeryProkhorov, Dmitry Lypenko, Artem Dmitriev, Elena Alieva, Giovanni Dietler, Sergey Sekatskii
Nano-Micro Lett.(2020)12:35
https://doi.org/10.1007/s40820-020-0389-7
1 长程表面等离子体首次在包含两个金属纳米层的光子晶体/有机发光二极管混合结构中被激发。
2 这些表面等离子体在没有任何外部激光的情况下被激发，通过两个金属纳米层注入电流，这两个金属纳米层充当层间有机发光微膜的薄金属电极。
至少20年来，人们对表面等离子体放大和激光有关的问题产生了广泛的兴趣，这是由电子和光学器件小型化的实际需要所驱动的：降低功耗，增加工作频率范围，要求增加集成度。从2003年的SPASER提案开始，在表面等离子体激光领域进行了深入的科学研究，技术研究以及随后的实验实现都是这个方向的关键研究步骤。但是，任何能够在未来光子学领域工作的表面光源或其与电子器件的接口都不能依赖于提供光学泵的外部激光器。
内容简介
本文报道了一种双金属纳米层上的长程表面等离子体的电流驱动源。在一个有机发光薄膜夹在两个用作电极的金属纳米层平面结构之间，实验观察了长程表面等离子体的电激发。为了实现长程表面等离子体在金属纳米层中与空气界面的传输，将一维光子晶体(PC)作为发光结构的边缘。由两个薄金属电极组成的光子晶体/有机发光二极管结构(PC/OLED)发出的色散光中检测到明显的长程表面等离子体共振峰。
本工作中研究对象[PC/Au/OLED/Al/air]被置于石英直角棱镜的斜边上。采用薄层浸油的方法，实现了薄膜基板间光子晶体和棱镜的光学连续性和折射率匹配。多层结构发出的光通过多模光纤采集，输入面刚性地附着在自制螺旋齿轮装置的旋转臂上。
图1 (a)实验装置的布局；(b)具有两层金属纳米膜的PC/OLED结构。
图中的红色曲线展示了记录的配准角度光谱(ρ=n0sin(θ)=1.005)的典型情况。长程表面等离子体共振峰在575 nm处，而527和630 nm处的两个局部极大值对应于被研究结构的带隙边缘。
图2 (a)在两个金属纳米层之间夹有Super Yellow发光层的一维光子晶体的电致发光光谱。标准Super Yellow发射光谱以青色曲线表示以供比较；(b)OLED层能级图。
在与空气接触的外部界面附近，光场增强的幅度用对数色标的色调表示。这一场增强是针对一个包含27层SiO2/Ta2O5真实结构计算的一维光子晶体。图3a中两条黑色曲线是半无限一维光子晶体结构的色散曲线。从图3a可以看出，两个对应的模态是反交叉的，其中一个模态被移到了光谱线上。
图3 (a)无限一维光子晶体的外表面强度增强(对数色标)和表面模态的色散曲线；(b)29个不同角度参数的电致发光实验光谱叠加图；(c)Super Yellow层中光电场的积分图；(d)叠加的实验光谱和Super Yellow层中光电场积分合成图。
IV 发光结构的外层的电场分布
Valery Konopsky
本文通讯作者
俄罗斯科学院光谱研究所
光子晶体结构及性质研究，有机发光二极管，生物传感，光学器件，表面等离子体。
▍Email: konopsky@gmail.com
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