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磁等离子体纳米腔中暗等离子体我曾卑微爱过你对光偏振的特殊调制

物理学 2022-01-20 23:59:14

中国科学院 裸磁坡莫合金盘(Py-DI)的电动力学示意图,该盘产生由入射线性极化电磁辐射的电场Ei触发的电偶极子(pO)和由磁场H触发的磁光激活电偶极子(pMO)

通过与金环暗模式的杂交,非同心环盘纳米腔(NRCD)内的Py纳米天线的P0和pMO相对于裸Py盘增强了(约5倍)

这是定性描述的相对大小的电偶极子P0和pMO在Py-DI,在NCRD

在NCRD纳米腔中,杂交产生了一种混合多极模式,其中有一个弱偶极偶极分量P0’

在Py-DI系统中,pO和pMO都是由辐射(亮)LPR模式产生的,在反射辐射中产生的氢诱导极化变化由它们的比值决定。|pMO|/|pO|)

NCDR系统中氢致极化变化的大幅度增强是混合多极模式的低辐射特性的结果,这是由于弱偶极分量P0’,而pMO被强烈增强并具有辐射特性

荣誉:阿尔韦托·洛佩斯-奥尔特加、马里奥·萨帕塔-埃雷拉、尼科洛·马卡费里、马特奥·潘卡尔迪、米克尔·加西亚、安德烈·丘维林和保罗·瓦瓦索利 纳米光子学在光通信、传感和成像中使用光偏振作为信息载体

同样,光的偏振态在量子信息的光子传输中起着关键作用

在这个框架中,能够在纳米尺度上动态控制光偏振的光学纳米器件是未来纳米光应用的关键组件

磁性材料表现出所谓的磁光(MO)活性,由电子的自旋轨道耦合产生,这导致反射和透射光的弱磁场感应强度和偏振调制(大约为mrads)

磁等离子体探索纳米结构和超材料,它们结合了由局部等离子体激发产生的电磁场的强局部增强,即

e

准自由电子的集体振荡,磁性成分的固有磁活性增强了弱磁场诱导的极化调制

到目前为止,对磁等离子体的研究主要集中在亮(ⅰ

e

辐射)局部偶极等离子体共振,被称为线性极化率,以放大磁振荡响应

事实上,二聚体和多层混合贵金属/铁磁金属结构以及纯铁磁纳米天线已经证明了通过等离子体激元激发来控制和放大钼特性的可能性

例如,考虑圆盘状磁等离子体纳米天线的典型情况,适当波长的入射辐射激发LPR

当纳米天线被磁场“激活”时,固有的磁场活动会引发第二个LPR

这个钼引起的LPR(或钼)是由LPR在一个垂直于H和LPR的方向上驱动的

微波辐射和LPR之间的比率对应于正交辐射电偶极子的响应之间的比率,正交辐射电偶极子的响应决定了重新发射的光的磁场诱发的偏振变化

然而,一个大的钼诱导的电偶极子的产生与钼碘氙放射性同位素相关,是由与LPR相关的电偶极子的平行增强引起的

以入射偏振辐射光的LPR和以与入射辐射正交的偏振辐射光的微波辐射的同时激发,限制了反射和透射光的偏振中磁场激活变化的最大可实现增强

由于利用亮偶极共振的磁振荡增强的这种限制,实验上观察到的磁振荡响应的放大只有大约1个数量级,这对于磁等离子体在有源纳米光子学和平面光学中的实际应用是不够的

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中,由西班牙纳米科学合作研究中心领导的一个国际团队提出并演示了一种克服上述限制的策略,该策略基于混合高阶多极暗模式的激发,作为放大磁等离子体纳米天线的磁光活动并实现磁场下对光偏振的前所未有的主动控制的一种可行且强有力的手段

作者设计了一种对称性破缺的非同心磁等离激元盘/等离激元环纳米结构,以实现等离激元环中多极暗模式的自由空间光激发,以及它们与磁等离激元盘的偶极等离激元共振的混合,从而产生混合多极模式

我们的纳米腔的分子轨道响应的大放大是由低辐射混合多极共振而不是明亮的LPR驱动的强增强辐射分子轨道响应的结果

以这种方式,实现了从强放大的微波响应辐射光的放大,避免了辐射光与入射偏振的同时大幅度增强

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