Topologically Engineered High-Q Quasi-BIC Metasurfaces for Enhanced Near-Infrared Emission in PbS Quantum Dots

量子点 红外线的 光电子学 纳米技术 量子 材料科学 物理 光学 量子力学
作者
Jiaoyang Guo,Rong Jin,Zhenchu Fu,Yukang Zhang,Feilong Yu,Jin Chen,Xingjun Wang,Lujun Huang,Shaojun You,Weida Hu,Wei Lü,Guanhai Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c05710
摘要

Enhancing photoluminescence (PL) efficiency in colloidal quantum dots is pivotal for next-generation near-infrared photodetectors, imaging systems, and photonic devices. Conventional methods, especially metal-based plasmonic structures, suffer from large optical losses, which limits their practical use. Here, we introduce a quasi-bound state in the continuum (quasi-BIC) metasurface on a silicon-on-insulator platform, tailored to provide high-quality factor resonances with minimized losses. Utilizing topological charge engineering and controlled in-plane asymmetry in silicon cylinder arrays, we developed a robust quasi-BIC capable of maintaining a high Q factor across a broad angular range, achieving an experimental Q factor of 3031 at normal incidence. This approach significantly enhances near-field interactions, achieving a ≤110-fold increase in PL for PbS quantum dots at 33 K and a 41-fold enhancement at room temperature. Our findings offer a scalable, cost-effective solution for enhancing light emission in advanced optoelectronic applications.
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