Chiral discrimination in optical trapping and manipulation

When circularly polarized light interacts with chiral molecules or nanoscale particles powerful symmetry principles determine the possibility of achieving chiral discrimination, and the detailed form of electrodynamic mechanisms dictate the types of interaction that can be involved. The optical trapping of molecules and nanoscale particles can be described in terms of a forward-Rayleigh scattering mechanism, with trapping forces being dependent on the positioning within the commonly non-uniform intensity beam profile. In such a scheme, nanoparticles are commonly attracted to local potential energy minima, ordinarily towards the centre of the beam. For achiral particles the pertinent material response property usually entails an electronic polarizability involving transition electric dipole moments. However, in the case of chiral molecules, additional effects arise through the engagement of magnetic counterpart transition dipoles. It emerges that, when circularly polarized light is used for the trapping, a discriminatory response can be identified between left- and right-handed polarizations. Developing a quantum framework to accurately describe this phenomenon, with a tensor formulation to correctly represent the relevant molecular properties, the theory leads to exact analytical expressions for the associated energy landscape contributions. Specific results are identified for liquids and solutions, both for isotropic media and also where partial alignment arises due to a static electric field. The paper concludes with a pragmatic analysis of the scope for achieving enantiomer separation by such methods

НАНОСЕНСОР ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПЛАЗМОННОГО УСИЛЕНИЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

A refractive index nanosensor is proposed on the basis of plasmonic enhancement of quantum dot (nanocrystal) photoluminescence in the presence of a metal nanoparticle. Calculations of a silver elongated spheroid in the liquid show that the changes in the sensitivity of such a nanosensor to a refractive index can be of the order of 10–4 provided that the photoluminescence intensity detection is of the order of 1 %.  Предложена концепция наносенсора показателя преломления на основе эффекта плазмонного усиления фотолюминесценции квантовой точки (нанокристалла) вблизи металлической наночастицы. Вычисления, проведенные для серебряной наночастицы в форме вытянутого наноэллипсоида вращения, расположенной в жидкости, показывают, что с помощью такого наносенсора может быть зарегистрирован показатель преломления жидкости с точностью порядка 10–4 при точности детектирования интенсивности фотолюминесценции порядка 1 %.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАЗМОННОГО УСИЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДНЫХ СИСТЕМ

Multiple enhancement of electroluminescence efficacy and acceleration of modulation of LED light sources are shown to be possible using plasmonic effects. The model is used which accounts for an intrinsic quantum yield of a semiconductor, the modification of probabilities of radiative and non-radiative quantum transitions near metal nanoparticles, and the radiation scattering contribution to the modification of light-matter interactions near metal nanoparticles.В работе показана возможность многократного увеличения эффективности электролюминесценции и ускорения модуляции светодиодных источников с помощью плазмонных эффектов. Использована модель, которая учитывает собственный квантовый выход полупроводника, изменение вероятностей излучательных и безызлучательных квантовых переходов вблизи металлических наночастиц, вклад рассеяния излучения в изменение взаимодействия излучения с веществом вблизи металлических наночастиц

Фотолюминесценция молекул вблизи металлических наночастиц с ди- электрической оболочкой

The article discusses the issues of modifying the photoluminescence intensity of quantum dipole emitters (molecules, quantum dots (nanocryslalls)) located near metal spherical nanoparticles with a dielectric shell. It is shown that by specifying the optimal configuration of a nanoparticle with a shell and the position of the emitter, it is possible to create the conditions, under which an increase in the photoluminescence intensity can be greater than in the case of the same nanoparticle without a shell.Обсуждаются вопросы модификации интенсивности фотолюминесценции квантовых дипольных излучателей (молекул, квантовых точек (нанокристаллов)), расположенных вблизи металлических сферических наночастиц с диэлектрической оболочкой. Показано, что заданием оптимальных конфигурации наночастицы с оболочкой и положения излучателя можно создать условия, при которых увеличение интенсивности фотолюминесценции может быть больше, чем в случае такой же наночастицы без оболочки

Использование наночастиц с высоким показателем преломления для замедления спонтанного испускания

 The article discusses the issues of inhibition of spontaneous emission of molecules by using silicon spherical nanoparticles and dimers made from them. It is shown that at different wavelengths of the visible spectral range, the value of the total spontaneous transitions rate in a molecule located at an optimal distance with respect to the structure with silicon nanospheres and at an optimal size of the structure can be up to 5–10 times lower than the transition rate in the case when the nanoparticles are absent.Обсуждаются вопросы замедления спонтанного испускания молекул с помощью кремниевых сферических наночастиц и димеров из них. Показано, что на различных длинах волн видимого диапазона спектра величина полной скорости спонтанного перехода в молекуле, находящейся на оптимальном расстоянии по отношению к структуре из кремниевых наносфер и при оптимальных размерах структуры, может быть в 5–10 раз меньше по сравнению со скоростью перехода при отсутствии наночастиц

Plasmon oscillations in ellipsoid nanoparticles: beyond dipole approximation

The plasmon oscillations of a metallic triaxial ellipsoid nanoparticle have been studied within the framework of the quasistatic approximation. A general method has been proposed for finding the analytical expressions describing the potential and frequencies of the plasmon oscillations of an arbitrary multipolarity order. The analytical expressions have been derived for an electric potential and plasmon oscillation frequencies of the first 24 modes. Other higher orders plasmon modes are investigated numerically.Comment: 33 pages, 12 figure