[논문 리뷰] Maximal absorption and local field enhancement in planar plasmonic arrays

Mohammad Albooyeh, Constantin Simovski|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 09.

Plasmonic and Surface Plasmon Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 기판 유도 비이방성에 의해 전기 모드와 자석 모드의 동시에 자극이 가능해지면서 최대의 빛 흡수를 달성하는 평면 플라스모닉 어레이를 제안한다. 이 구조는 광학적으로 얄팍한 층에서 전체 전력 흡수를 가능하게 하면서 동시에 극도로 강한 국소 전자기장 강도를 생성하며, 강화된 빛-물질 상호작용을 위한 새로운 통합 나노광학 장치 플랫폼을 보여준다.

ABSTRACT

In this Letter we theoretically study the possibility of total power absorption of light in a planar grid modelled as an effective sheet with zero optical thickness. The key prerequisite of this effect is the simultaneous presence of both resonant electric and magnetic modes in the structure. The effect of substrate-induced bianisotropy allowed us to combine the total absorption with the huge local field enhancement. The combination of these extreme properties within the same optically thin structure brings promising functionalities. We demonstrate by an illustrative numerical example that this combination is realizable in a planar array of simple plasmonic nanoparticles located near the semiconductor interface.

연구 동기 및 목표

• 광학적으로 얇은 평면 플라스모닉 격자에서 전체 전력 흡수의 이론적 가능성을 탐색하기 위해.
• 평면 어레인지에서 공진 전기 모드와 자석 모드가 동시에 존재할 조건을 규명하기 위해.
• 기판 유도 비이방성이 전체 흡수와 강한 국소 전자기장 강도 향상의 공존을 어떻게 가능하게 하는지 조사하기 위해.
• 반도체 인터페이스 근처에 단순한 플라스모닉 나노입자 어레이를 사용하여 이 효과의 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 전자기 해석을 단순화하기 위해 평면 구조를 영광학 두께가 없는 효과적 시트로 모델링하기 위해.
• 전자기 이론을 활용하여 어레인지 내 공진 전기 및 자석 듀플렉스 모드의 자극을 분석하기 위해.
• 전기 및 자석 반응을 결합하는 메커니즘으로 기판 유도 비이방성을 도입하기 위해.
• 수치 시뮬레이션을 사용하여 시스템 내에서 전체 흡수와 국소 전자기장 강도 향상의 공존을 검증하기 위해.
• 제안된 효과를 실현하기 위해 반도체 인터페이스 근처에 단순한 플라스모닉 나노입자 어레지를 설계하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학적으로 얇은 평면 플라스모닉 구조에서 전체 전력 흡수를 달성할 수 있는가?
• RQ2 전체 흡수와 강한 국소 전자기장 강도 향상을 동시에 달성하기 위해 필요한 전자기 조건은 무엇인가?
• RQ3 기판 유도 비이방성은 시스템 내 전기 및 자석 공진 간의 결합에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 제안된 효과는 실용적인 단순 나노입자 어레인지 구성에서 실현 가능한가?

주요 결과

• 영광학 두께가 없는 평면 플라스모닉 어레지에서 입사광의 전체 전력 흡수가 이론적으로 가능하다.
• 최대 흡수를 달성하기 위해 공진 전기 모드와 자석 모드의 동시에 자극이 필수적이다.
• 기판 유도 비이방성은 동일한 구조 내에서 전체 흡수와 극도로 강한 국소 전자기장 강도 향상의 공존을 가능하게 한다.
• 수치 결과는 반도체 인터페이스 근처에 있는 단순한 플라스모닉 나노입자 어레지가 극도의 흡수와 전자기장 강도 향상을 모두 실현할 수 있음을 확인한다.