调控近红外纳米等离子体闪烁体的光-物质相互作用

纳米等离子体对闪烁效应的调控研究目前主要集中于弱耦合领域,该领域通过局域光学态密度的改变,借助珀塞尔型速率工程增强辐射复合。与之相对,强光-物质耦合会产生混合态,从而超越简单的衰减速率的提升,从根本上改变发射动力学——但这一机制对电离辐射下闪烁体纳米晶(NCs)的影响仍鲜为人知。所有这些效应对近红外闪烁体尤为有益,因为后者普遍存在响应速度慢、亮度低的缺陷。本研究提出量子光学理论框架,用于探究近红外闪烁体纳米晶在与纳米等离子体天线耦合时,如何从弱耦合状态演化为强光-物质耦合状态。该团队对比了基于单根/周期性金纳米棒的宽谱与窄谱天线平台,并以氧化铟锡和石墨烯构成的导电等离子体天线作为基准。选取宽带PbS纳米晶与窄带立方相Lu2O3:Er3+闪烁体作为代表性发射体,计算表明强耦合特征的出现同时受发射体退相干与天线线宽调控,其中窄带发射体与光谱窄天线的组合能创造最优条件。在研究的平台中,石墨烯凭借超窄天线线宽(κ=3.5 meV)实现了最低的可观测相干交换阈值(g=4 meV)。这些结果表明近红外导电纳米天线(尤其是石墨烯基天线)是实现辐射检测相关混合态闪烁机制的有力平台。

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提交arXiv: 2026-04-15 12:05

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