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前沿|在等离激元纳米结构中激发理想Anapole态

前沿|在等离激元纳米结构中激发理想Anapole态 两江科技评论
2021-05-26
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导读:Photonics Research 2021年第5期论文



科学编辑 | 中国计量大学 潘贵明

编辑 | 方紫璇


Photonics Research 2021年第5期论文:


Gui-Ming Pan, Fang-Zhou Shu, Le Wang, Liping Shi, Andrey B. Evlyukhin. Plasmonic anapole states of active metamolecules[J]. Photonics Research, 2021, 9(5): 05000822

笛卡尔坐标系下电偶极子和电环偶极子干涉相消激发将产生Anapole态。Anapole态可以完全消除远场散射,同时增强局域场,是非辐射态。

近几年来,低阶和高阶Anapole态在很多高折射率电介质纳米结构中被广泛研究。但是,由于高折射率电介质纳米结构中激发的Anapole态局域场分布在结构内部,局域场增强弱,极大地限制了Anapole态的应用。

中国计量大学光学与电子科技学院潘贵明老师课题组Photonics Research2021年第5期发表的文章中提出了在等离激元纳米系统里激发Anapole态

就局域场增强而言,等离激元Anapole态激发的局域场场强远远大于高折射率电介质纳米结构所激发的Anapole态的局域场场强。并且不同于高折射率电介质纳米结构中的Anapole态局域场,等离激元超分子中所激发的Anapole态的局域场主要分布在纳米结构的外部,如图1(a)和1(b)所示,有利于设计新型功能光子器件。

此外,单个高折射率电介质纳米结构可以激发Anapole态,而等离激元Anapole态是由贵金属超分子多聚体激发,有更多可调节参数,有利于调控Anapole态的局域场分布以及光谱特性。

图1. 等离激元Anapole态和硅纳米盘Anapole态的比较

由于贵金属的光吸收损耗增加了笛卡尔坐标系下的电偶极子和电环偶极子的阻尼,减小了二者之间的耦合强度,导致系统的电偶极散射不能被完全抑制。该课题组利用拓展耦合谐振子模型(extended coupled oscillator model)研究了系统吸收损耗对Anapole态的影响。
理论计算结果表明,通过引入增益介质补偿贵金属吸收损耗可以减小笛卡尔坐标系下电偶极子和电环偶极子振动阻尼(如图2(b)所示),增强二者之间的耦合强度(如图2(c)所示),从而激发出理想的Anapole态。

图2. 减小系统损耗对笛卡尔坐标系下的电偶极子和电环偶极子阻尼及二者之间的耦合强度的影响

这些发现可以拓展到更复杂的光与物质相互作用方面的研究。同时等离激元Anapole态在贵金属超分子间隙间激发了超强的局域场,为超快、强场物理领域的研究提供了新的思路。


1、Xiangjun Li, Jie Yin, Jianjun Liu, Fangzhou Shu, Tingting Lang, Xufeng Jing, Zhi Hong. Resonant transparency of a planar anapole metamaterial at terahertz frequencies[J]. Photonics Research, 2021, 9(2): 02000125

2、 Liyong Jiang, Jianli Jiang, Zebin Zhu, Guanghui Yuan, Ming Kang, Ze Xiang Shen. Plasmonic evolution maps for planar metamaterials[J]. Photonics Research, 2021, 9(1): 01000073

3、Lixia Li, Xueyang Zong, Yufang Liu. All-metallic metasurfaces towards high-performance magneto-plasmonic sensing devices[J]. Photonics Research, 2020, 8(11): 11001742

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