論文の概要: Toroidal Plasmonic Nanodimers for Enhanced Near-Infrared Emission in Heterostructured InP Quantum Dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.14992v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 13:19:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.917678
• Title: Toroidal Plasmonic Nanodimers for Enhanced Near-Infrared Emission in Heterostructured InP Quantum Dots
• Title（参考訳）: ヘテロ構造InP量子ドットにおける近赤外発光増強のためのトロイダルプラズモニックナノダイマー
• Authors: Arda Gulucu, Emre Ozan Polat,
• Abstract要約: 650-900nmの範囲で動作している近赤外(NIR)エミッタは、濁った媒体の撮像とセンシングに魅力的である。 ヘテロ構造を持つInP系量子ドット(QD)は、非放射性経路と非効率な光子アウトカップリングにより、限られた輝度に悩まされることが多い。 そこで本研究では,有限差分時間領域(FDTD)シミュレーションにより,銀トロイダルプラズモンナノアンテナ二量体(Ag TPND)について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Near-infrared (NIR) emitters operating in the 650-900 nm range are highly attractive for imaging and sensing in turbid media; however, cadmium-free InP-based quantum dots (QDs) often suffer from limited brightness due to nonradiative pathways and inefficient photon outcoupling. In particular, heterostructured InP QDs can exhibit band alignments that induce partial spatial separation of charge carriers, leading to reduced electron-hole wavefunction overlap. This modifies intrinsic recombination dynamics and enhances the sensitivity of their emission to the surrounding photonic environment. Here, we investigate silver toroidal plasmonic nanoantenna dimers (Ag TPNDs) through finite-difference-time-domain (FDTD) simulations as a geometry-tunable platform for enhancing NIR emission of heterostructured InP-based QDs. The coupled toroidal geometry supports strongly confined bonding modes that generate intense nanogap hotspots, while its resonance can be systematically tuned through the toroid aspect ratio. By spectrally aligning the antenna response with QD emission bands (675-845 nm), we achieve large Purcell enhancements together with high quantum efficiencies, demonstrating efficient conversion of enhanced decay rates into radiative emission. We further show that nanometer-scale variations in emitter-antenna separation strongly modulate the radiative rates and spectral response. These results establish toroidal plasmonic nanodimers as a topology-driven platform for controlling emission in NIR quantum emitters and for advancing NIR nanophotonic applications.
• Abstract（参考訳）: 650-900nmの範囲で活動する近赤外(NIR)エミッタは、濁った媒質のイメージングやセンシングに非常に魅力的であるが、カドミウムを含まないInP系量子ドット(QD)は、非放射性経路と非効率的な光子アウトカップリングにより、限られた輝度に悩まされることが多い。 特に、複素構造InP QDは電荷キャリアの部分的な空間分離を引き起こすバンドアライメントを示し、電子-ホール波動関数の重なりを減少させる。 これは固有の組換えダイナミクスを修飾し、周囲のフォトニック環境に対する放出の感度を高める。 そこで本研究では, 有限差分時間領域 (FDTD) シミュレーションによる銀トロイダルプラズモンナノアンテナ二量体 (Ag TPNDs) について, ヘテロ構造InP系QDのNIR放射性向上のための幾何可変プラットフォームとして検討する。 結合したトロイダル幾何は、強いナノギャップホットスポットを生成する強い拘束結合モードをサポートし、その共鳴はトロイダルアスペクト比によって体系的に調整することができる。 アンテナ応答をQD放射バンド(675-845 nm)にスペクトル整列させることで、高量子効率とともに大きなパーセル拡張を実現し、高減衰率の放射放出への効率的な変換を実証した。 さらに,エミッタとアンテナの分離におけるナノメートルスケールの変動は,放射率とスペクトル応答を強く調節することを示した。 これらの結果は、トロイダルプラズモンナノ二量体を、NIR量子エミッタの放出を制御し、NIRナノフォトニクスの進歩のためのトポロジー駆動型プラットフォームとして確立する。

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