[论文解读] Maximal absorption and local field enhancement in planar plasmonic arrays

Mohammad Albooyeh, Constantin Simovski|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2012

Plasmonic and Surface Plasmon Research被引用 1

一句话总结

本文提出了一种平面等离子体阵列，通过同时激发共振电偶极子和磁偶极子模式，在基底诱导的双各向异性作用下实现光的最大吸收。该结构在光学薄层中实现总功率吸收，同时产生极端局域场增强，展示了一种新型集成纳米光子器件平台，可增强光与物质的相互作用。

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.

研究动机与目标

• 探索在光学薄平面等离子体光栅中实现总功率吸收的理论可能性。
• 确定在平面阵列中电偶极子和磁偶极子共振模式共存的条件。
• 研究基底诱导的双各向异性如何实现总吸收与强局域场增强的共存。
• 通过在半导体界面附近使用简单的等离子体纳米颗粒阵列，证明该效应在实际系统中的可行性。

提出的方法

• 将平面结构建模为具有零光学厚度的有效薄层，以简化电磁分析。
• 采用电磁理论分析阵列中共振电偶极子和磁偶极子模式的激发。
• 引入基底诱导的双各向异性作为电响应与磁响应耦合的机制。
• 利用数值模拟验证系统中总吸收与局域场增强的共存。
• 设计一种靠近半导体界面的简单等离子体纳米颗粒平面阵列，以实现所提出的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在光学薄平面等离子体结构中实现入射光的总功率吸收？
• RQ2 同时实现总吸收与强局域场增强所需的电磁条件是什么？
• RQ3 基底诱导的双各向异性如何影响系统中电偶极子与磁偶极子共振之间的耦合？
• RQ4 所提出的效应是否可在实际的简单纳米颗粒阵列配置中实现？

主要发现

• 理论上可在零光学厚度的平面等离子体阵列中实现入射光的总功率吸收。
• 同时激发共振电偶极子和磁偶极子模式是实现最大吸收的关键。
• 基底诱导的双各向异性使同一结构中总吸收与极端局域场增强得以共存。
• 数值结果证实，靠近半导体界面的简单等离子体纳米颗粒平面阵列可实现极端吸收与场增强。