Strong coupling between 10- hydroxybenzo-[h]quinoline and microcavities - Hakamaa, Ossi (2018)
Molekyylin ja valon vahvassa kytkennässä sähkömagneettinen säteily ja materia muodostavat uusia koherentteja hybriditiloja, joiden välistä energiaeroa sanotaan Rabi-energiaksi. Kytkennän tutkimus on synnyttänyt uuden Polaritonikemiaksi kutsutun alan, jossa käytetään hyväksi elektromagneettisten ja molekulaaristen oskillaattorien vahvaa kytkentää. Siinä pyritään vaikuttamaan kytkennällä molekyylien potentiaalienergiapintoihin ja sitä kautta niiden kemiallisiin reaktioihin. Tässä työssä tutkitaan 10-hydroksibentso- [h]quinoliini -molekyylin ja mikrokaviteettien kytkentää ja sen vaikutusta molekyylin virittyneen tilan sisäiseen protoninsiirtoreaktioon. Fabry-Pérot -tyyppiset mikrokaviteetit muokattiin toimimaan ultraviolettisäteilyn alueella käyttämällä peileinä höyrystettyjä alumiiniohutkalvoja ja substraattina kvartsia. Metallisten peilien väliin pinnoitettiin tutkittava molekyyli PMMA-polymeerimatriisiin sekoitettuna. Kaviteeteista ja filmeistä mitattiin transmissio, reflektio ja luminesenssi kulman ja aallonpituuden funktiona. Mikrokaviteetit saatiin toimimaan resonanssissa molekyylin absorptiomaksimin aallonpituudella 375 nm ja Q arvoksi tuli ohuimmilla peileillä 4,3 ja paksuimmilla 18,7. Rabi-energiat polaritonien välillä olivat nollasta 195 meV asti, mikä määritettiin transmission dispersiokäyristä. Molekyylifilmin luminesenssimittauksessa havaittiin fluoresenssia protoninsiirtoreaktion jälkeistä muotoa vastaavalta 610 nm aallonpituudelta sekä kaviteetissa että sen ulkopuolelta. Fluoresenssin intensiteetin kaviteetin sisältä havaittiin kasvavan kytkennän voimistuessa, vaikka viritetyn hybriditilan absorptio otettiin huomioon. Näyttö vahvasta kytkennästä tässä työssä oli suuntaa-antavaa, koska Rabi energiat eivät olleet selvästi siirtymien puoliarvonleveyksiä suurempia. Näytteistä havaittu fluoresenssi viittaisi siihen, että protoninsiirtoreaktio ei estynyt työssä saavutetun vahvan kytkennän seurauksena. Kuitenkin havaitun fluoresenssin vahvistuminen viittaisi energiansiirtoon, joka on entuudestaan tunnetun Purcell-efektin kaltainen, mutta tapahtuu kaviteetin tilatiheyden ulkopuolella.