All-dielectric nanophotonics is an exciting and rapidly developing area of nano-optics that utilizes the resonant behavior of high-index low-loss dielectric nanoparticles to enhance light-matter interaction at the nanoscale.When experimental implementation of a specific all-dielectric nanostructure is desired, two crucial factors have to be considered: the choice of a high-index material and a fabrication method.The degree to which various effects can be enhanced relies on the dielectric response of the chosen material as well as the fabrication accuracy.Here, we provide an overview of available high-index materials and existing fabrication techniques for the realization of all-dielectric nanostructures.We compare performance of the chosen materials in the visible and IR spectral ranges in terms of scattering efficiencies and Q factors of the magnetic Mie resonance.Methods for all-dielectric nanostructure fabrication are discussed and their advantages and disadvantages are highlighted.We also present an outlook for the search for better materials with higher refractive indices and novel fabrication methods that will enable low-cost manufacturing of optically resonant high-index nanoparticles.We believe that this information will be valuable across the field of nanophotonics and particularly for the design of resonant all-dielectric nanostructures.

Recent trends to employ high-index dielectric particles in nanophotonics are motivated by their reduced dissipative losses and large resonant enhancement of nonlinear effects at the nanoscale. Because silicon is a centrosymmetric material, the studies of nonlinear optical properties of silicon nanoparticles have been targeting primarily the third-harmonic generation effects. Here we demonstrate, both experimentally and theoretically, that resonantly excited nanocrystalline silicon nanoparticles fabricated by an optimized laser printing technique can exhibit strong second-harmonic generation (SHG) effects. We attribute an unexpectedly high yield of the nonlinear conversion to a nanocrystalline structure of nanoparticles supporting the Mie resonances. The demonstrated efficient SHG at green light from a single silicon nanoparticle is 2 orders of magnitude higher than that from unstructured silicon films. This efficiency is significantly higher than that of many plasmonic nanostructures and small silicon nanoparticles in the visible range, and it can be useful for a design of nonlinear nanoantennas and silicon-based integrated light sources.

Here we propose a fast and scalable (up to 3 min for 6 × 1 cm size substrate) innovative approach to fabricate coral-shaped TiO2 nanostructured substrates based on thermal oxidation of titanium foil followed by deposition of Ag nanoparticles for bifunctional sensing and photocatalysis. Comprehensive studies on the morphology, crystal structure, stoichiometry, optical, and electronic properties of these nanostructures reveal the formation of a Schottky barrier at the Ag/TiO2 interface. This interface alters the electronic structure of the Ag/TiO2 nanosystem, retaining the plasmonic properties of Ag nanoparticles while enhancing their catalytic activity. The SERS performance and photocatalytic activity of Ag/TiO2 nanostructures are demonstrated by the test analyte Rhodamine 6G detection down to concentrations of 10-12 M and acceleration of its degradation under simulated sunlight by 5.8 times. Tests with tetracycline water solutions indicate a nanomolar detection limit and 4.4-fold increase in degradation rate. The proposed Ag/TiO2 nanostructures are prospective for creation of low-cost bifunctional platforms for the sensitive detection of organic residues in water as well as their fast neutralization under solar light.

The development of systems capable of efficiently eliminating organic dyes from wastewater is crucial for the environment. In this context, TiO2-based photocatalytic systems are of particular interest. However, the development of eco-friendly and single-step methods for the fabrication of such systems remains a challenge to their practical use. Here, we demonstrate a fabrication approach for a catalytic system composed of TiO2 nanocoating created on the surface of a bulk titanium plate by exposure to a nanosecond laser. The exposure conditions affect the relief and phase composition of the nanocoating, as revealed by a combination of scanning electron microscopy (SEM), contact profilometry, Raman, High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (HR XPS), and grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) methods. Using the GIXRD method, we establish that nanocoatings consist of a mixture of anatase and rutile grains with sizes of 22.7–24.4 and 29.8–32.2 nm, respectively. HR XPS analysis demonstrates that changes in the number of pulses per spot modify the anatase surface content from 40.6 to 70.4%. The samples with a higher anatase content exhibit up to 6.3 times higher catalytic activity, which is confirmed by methylene blue degradation when exposed to UV light and can be related to the synergistic effect of the anatase–rutile heterojunction. The reusability of the samples is supported by repeated degradation experiments. The photocatalytic activity of the obtained TiO2 nanocoatings is improved by Au nanoparticles deposited on their surface by magnetron sputtering. The proposed approach lays the foundation for the application of nanosecond laser-assisted technologies in the eco-friendly fabrication of catalytic systems.

Authentication of a product's originality by anticounterfeiting labels represents a crucial point toward protection against forgery. Fast and scalable fabrication methods of original labels with a high degree of protection are in high demand for the protection of valuable goods. Here, we propose a simple strategy for fabrication of hidden security tags with IR luminescent readout by the direct femtosecond laser patterning of silicon-erbium-silicon sandwiched thin films. The choice of laser processing parameters makes possible the creation of random or quasi-regular self-organized surface nanotextures. The controlled laser-driven oxidation accompanying this process provides simultaneous regulation of the film's optical properties and spontaneous emission yield of the embedded Er atoms. The regimes are detected when optically similar patterned areas demonstrate different Er emission intensities, allowing us to create hidden security tags with facile readout at the C-band telecommunication wavelengths. The obtained results take another step toward the application of IR-luminescent erbium-based anticounterfeiting labels for covert and/or forensic security levels.