OPTICAL CONTROL OF NANOPARTICLE DISTRIBUTION IN COLLOIDS WITH GAIN AND ABSORPTION

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The effect of light on a composite system, which is an absorption/gain-balanced colloidal solution of absorbing nanoparticles in a gain medium, is studied. A model of a flat colloidal layer with normally incident plane (TEM) electromagnetic wave is considered. The combined action of striction and drag force (force arising from the transfer of photon momentum to absorbing particles) causes spatial redistribution of particle concentration, resulting in local disruption of absorption and gain balance in the layer, and spatial regions where light amplification and absorption occur are distinguished. It is shown that depending on the incident radiation intensity, both smooth and almost step-like nanoparticle concentration profiles can be realized. The corresponding distributions of the effective dielectric permittivity of the colloid possess PT (Parity-Time)-symmetry (satisfying condition  e(z) = e*(-z))  at low pump field intensity, but differ from PT-symmetric distributions at moderate and high intensities. Creating a controlled profile of local light gain and absorption can serve as a platform for studying specific non-Hermitian optical effects, and also expands the possibilities of optical diagnostics of nanoparticle distribution in colloidal solutions with compensated absorption.

Sobre autores

A. Zharov

Institute for Physics of Microstructures of the Russian Academy of Sciences

Email: zhani@appl.sci-nnov.ru
Rússia, Nizhny Novgorod, 603950

N. Zharova

Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: zhani@appl.sci-nnov.ru
Rússia, Nizhny Novgorod, 603950

Bibliografia

  1. R. El-Ganainy, K. G. Makris, M. Khajavikhan et al., Non-Hermitian Physics and Pt Symmetry, Nature Phys. 14, 11 (2018).
  2. C. M. Bender and S. Boettcher, Real Spectra in Non-Hermitian Hamiltonians Having Pt Symmetry, Phys. Rev. Lett. 80, 5243 (1998).
  3. А. А. Зябловский, А. П. Виноградов, А. А. Пухов, А. В. Дорофеенко, А. А. Лисянский, PT-симметрия в оптике, УФН 184, 1177 (2014) [A. A. Zyablovsky, A. P. Vinogradov, A. A. Pukhov, A. V. Dorofeenko, and A. A. Lisyansky, Pt-Symmetry in Optics, Phys. Uspekhi 57, 1063 (2014)].
  4. W. D. Heiss, J. Phys. A 37, 2455 (2004).
  5. Y. D. Chong, L. Ge, and A. D. Stone, Pt-Symmetry Breaking and Laser-Absorber Modes in Optical Scattering Systems, Phys. Rev. Lett. 106, 093902 (2011).
  6. Z. J. Wong, J. Kim, K. O’Brien, Y. Wang, L. Fencs, and X. Zhang, Lasing and Anti-Lasing in a Single Cavity, Nature Photon. 10, 796 (2016).
  7. X. Zhu, L. Feng, P. Zhang, X. Yin, and X. Zhang, One-Way Invisible Cloak Using ParityTime Symmetric Transformation Optics, Opt. Lett. 38, 2821 (2013).
  8. W. Chen, S. K. Ozdemir, G. Zhao, J. Wiersig, and L. Yang, Exceptional Points Enhance Sensing in an Optical Microcavity, Nature 548, 192 (2017).
  9. M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Demonstration of a Spacer-Based Nanolasers, Nature Lett. 460, 1110 (2009).
  10. Y. Wu, Zh. Huang, Qi Sun, V. D. Ta, S. Wang, and Y. Wang, A New Generation of Liquid Lasers from Engineered Semiconductor Nanocrystals with Giant Optical Gain, Laser Photon. Rev. 17, 2200703 (2023).
  11. A. A. Zharov and N. A. Zharova, Light-Driven Pt-Symmetry in Colloids with Gain and Loss Nanoparticles, J. Opt. Soc. Am. B 40, 2618 (2023).
  12. D. Gao, R. Shi, Y. Huang, and L. Gao, Fano-Enhanced Pulling and Pushing Optical Forces on Active Nanoparticles, Phys. Rev. A 96, 043826 (2017).
  13. H. Chen, L. Gao, C. Zhong, G. Yuan, Y. Huang, Z. Yu, M. Cao, and M. Wang, Optical Pulling Force on Nonlinear Nanoparticles with Gain, AIP Advances 10, 015131 (2020).
  14. X. Bian, D. L. Gao, and L. Gao, Tailoring Optical Pulling Force on Gain Coated Nanoparticles with Nonlocal Effective Medium Theory, Opt. Express 25, 24566 (2017).
  15. Y. Wu, Z. Huang, Q. Sun, V. D. Ta, S. Wang, and Y. Wang, A New Generation of Liquid Lasers from Engineered Semiconductor Nanocrystals with Giant Optical Gain, Laser Photon. Rev. 17, 2200703 (2023).
  16. B. Yang, H. Sun, C.-J. Huang, H.-Y. Wang, Y. Deng, H.-N. Dai, Z.-S. Yuan, and J.-W. Pan, Cooling and Entangling Ultracold Atoms in Optical Lattices, Science 369, 550 (2020).
  17. H. Xin, Y. Li, Y.-C. Liu, Y. Zhang, Y.-F. Xiao, and B. Li, Optical Forces: from Fundamental to Biological Applications, Adv. Mater. 32, 2001994 (2020).
  18. A. A. Zharov, Jr., A. A. Zharov, I. V. Shadrivov, and N. A. Zharova, Grading Plasmonic Nanoparticles with Light, Phys. Rev. A 93, 013814 (2016).
  19. Х. Гиббс, Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света, Мир, Москва (1988).
  20. Y. D. Chong, Li Ge, and A. D. Stone, Pt-Symmetry Breaking and Laser-Absorber Modes in Optical Scattering Systems, Phys. Rev. Lett. 106, 093902 (2011).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».