Modeling electromagnetic interactions of molecules in nanophotonic materials

Het onderzoek gepresenteerd in dit proefschrift gaat over het numeriek modelleren van elektromagnetische interacties van moleculen in de nabijheid van objecten met nanometer-afmetingen, zoals nanostaafjes, fotonische kristallen etc. In de aanwezigheid van dergelijke objecten, kunnen de snelheden voor emissie en energietransport van moleculen drastisch veranderen. Van dit verschijnsel wordt gebruik gemaakt in het ontwerpen van bijvoorbeeld lichtemitterende diodes (LEDs), microscopen, zonne-cellen, micro- en nanolasers, etc. We hebben verschillende geometrieën beschouwd, zoals metalen golfgeleiders, diëlektrische en metalen cilinders en fotonische kristallen. In de nabijheid van elk van deze geometrieën zijn de emissiesnelheid van een enkel molecuul, en de snelheid van energietransport tussen twee moleculen, numeriek bepaald. In het geval van metalen golfgeleiders en cilinders blijkt dat deze snelheden, vergeleken met de afwezigheid van deze objecten, enkele ordes van grootte kunnen toenemen. De reden voor deze toename is de mogelijkheid voor het aanslaan van oppervlakte plasmonen. Dit geeft het aangeslagen molecuul een extra mogelijkheid om energie te transporteren, ofwel weg van het molecuul, ofwel richting een nabijgelegen molecuul. Voor een fotonisch kristal biedt het plaatsen van een metalen oppervlak de mogelijkheid om de snelheden van emissie en energie-overdracht sturen, zelfs in het voor fotonische kristallen zo karakteristieke, optische 'bandgap'. De resultaten van dit onderzoek geven een beter begrip van de elektromagnetische eigenschappen van moleculen en vinden hun toepassing in het optimaliseren van de ontwerpen van bijvoorbeeld LEDs, zonne-cellen etc.