[论文解读] Mapping the radiative and non-radiative local density of states in the near-field of a gold nanoantenna

Da Cao, A. Cazé+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2014

Plasmonic and Surface Plasmon Research被引用 3

一句话总结

本文提出一种方法，通过同时测量荧光强度和衰减速率，利用互易定理并经精确数值模拟验证，定量映射金纳米天线近场中荧光发射体的辐射和非辐射衰减速率，实现强定量一致性。

ABSTRACT

We present a novel method for mapping the radiative and non-radiative decay rate of a fluorescent emitter in the near-field of a nanostructured sample. The approach is based on the simultaneous mapping of the fluorescence intensity and decay rate and on the rigorous application of the reciprocity theorem. Data analysis is based on an analytical calculation which is detailed in the paper. Experimental data are compared with exact numerical simulations and we show a good quantitative agreement between theory and experiment, which proves the validity of the method.

研究动机与目标

• 开发一种定量方法，用于映射纳米结构近场中荧光发射体的辐射和非辐射衰减速率。
• 克服现有技术无法分别量化辐射和非辐射贡献对发射衰减速率影响的局限性。
• 基于互易定理建立严格的实验框架，实现近场衰减速率的精确测量。
• 通过与精确数值模拟的直接对比，验证该方法。

提出的方法

• 同时映射位于金纳米天线近场中的发射体的荧光强度和衰减速率。
• 应用互易定理，将测得的衰减速率与局域态密度（LDOS）关联，分离辐射和非辐射分量。
• 利用从互易定理推导出的解析计算，从实验数据中提取辐射和非辐射LDOS。
• 通过将实验映射结果与纳米天线电磁响应的精确数值模拟进行严格对比，执行数据分析。
• 通过精确的纳米尺度发射体定位，确保近场采样的准确性。
• 通过展示实验测量与全波模拟之间定量一致，验证该方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够定量映射纳米天线近场中局域态密度的辐射和非辐射分量？
• RQ2 互易定理在从实验荧光强度和寿命测量中提取衰减速率贡献时，其应用精度如何？
• RQ3 该实验方法与纳米天线电磁环境的精确数值模拟之间的一致性程度如何？
• RQ4 该方法是否能够在等离子体纳米结构中，于纳米尺度上区分辐射和非辐射衰减速率路径？

主要发现

• 该方法成功实现了在金纳米天线近场中，对辐射和非辐射衰减速率的高空间分辨率映射。
• 实验测量与精确数值模拟之间观察到强定量一致性，证实了该方法的有效性。
• 互易定理的应用实现了对局域态密度中辐射和非辐射贡献的精确分离。
• 该技术为探测等离子体纳米结构中完整的LDOS（包括辐射和非辐射衰减速率路径）提供了可靠的实验框架。