Control of light emission of quantum emitters coupled to silicon nanoantenna using cylindrical vector beams
In: ISSN: 2095-5545 ; EISSN: 2047-7538, 2023
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International audience ; Light emission of europium (Eu 3+ ) ions placed in the vicinity of optically resonant nanoantennas is usually controlled by tailoring the local density of photon states (LDOS). We show that the polarization and shape of the excitation beam can also be used to manipulate light emission, as azimuthally or radially polarized cylindrical vector beam offers to spatially shape the electric and magnetic fields, in addition to the effect of silicon nanorings (Si-NRs) used as nanoantennas. The photoluminescence (PL) mappings of the Eu 3+ transitions and the Si phonon mappings are strongly dependent of both the excitation beam and the Si-NR dimensions. The experimental results of Raman scattering and photoluminescence are confirmed by numerical simulations of the near-field intensity in the Si nanoantenna and in the Eu 3+ -doped film, respectively. The branching ratios obtained from the experimental PL maps also reveal a redistribution of the electric and magnetic emission channels. Our results show that it could be possible to spatially control both electric and magnetic dipolar emission of Eu 3+ ions by switching the laser beam polarization, hence the near field at the excitation wavelength, and the electric and magnetic LDOS at the emission wavelength. This paves the way for optimized geometries taking advantage of both excitation and emission processes.
| Titel: |
Control of light emission of quantum emitters coupled to silicon nanoantenna using cylindrical vector beams
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| Autor/in / Beteiligte Person: | Montagnac, Martin ; Brûlé, Yoann ; Cuche, Aurélien ; Poumirol, Jean-Marie ; Weber, Sébastien, J ; Müller, Jonas ; Larrieu, Guilhem ; Larrey, Vincent ; Fournel, Franck ; Boisron, Olivier ; Masenelli, Bruno ; Colas des Francs, Gérard ; Agez, Gonzague ; Paillard, Vincent ; Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) ; Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) ; Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté COMUE (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Université de Toulouse (UT) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI) ; Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) ; Institut Lumière Matière Villeurbanne (ILM) ; Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; INL - Matériaux Fonctionnels et Nanostructures (INL - MFN) ; Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) ; École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Istituto di Chimica Biomolecolare = Institute of Biomolecular Chemistry (ICB) ; National Research Council of Italy ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; 17-EURE-0002 ; HPC, CALMIP ; LAAS-CNRS micro and nanotechnologies platform ; ANR-19-CE24-0020,SPINOXIDE,Injection et détection de spin dans des nanostructures tout oxyde(2019) |
| Link: | |
| Zeitschrift: | ISSN: 2095-5545 ; EISSN: 2047-7538, 2023 |
| Veröffentlichung: | HAL CCSD ; Nature Publishing Group, 2023 |
| Medientyp: | academicJournal |
| DOI: | 10.1038/s41377-023-01229-9 |
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