于映教授团队的谌静副教授在成对的金属纳米圆盘构成的超构材料中磁共振衍射耦合产生磁场增强方面的研究取得重要进展
发布时间: 2017-02-20 浏览次数: 381 文章来源: 电子科学与工程学院

众所周知,在纳米光子学中,磁场增强和电场增强一样重要,获得光学波段的巨大磁场增强在许多领域有着潜在的应用价值例如磁场非线性产生的二次谐波。目前为止还没有非常有效的手段能够在光学波段获得和电场增强可比拟的磁场增强。我们近期研究发现,通过衍射波与磁“原子”耦合可以实现光学波段的磁场增强效应但是,实验上往往需要一个衬底支撑金属纳米颗粒阵列,衬底材料和空气在折射率上的不匹配将会导致这种衍射耦合变得难以激发,从而限制了这类光频磁场增强效应在实验上的实现。

1 (a) SiO2圆柱顶起来的成对的金属纳米圆盘组成的二维四方阵列的结构示意图。(b) 光垂直入射时数值计算的透射谱。相关参数:t =40 nmd =150 nmh =500 nm周期Px =670 nm, Py =300 nm(c)-(f) 透射谷dip 1dip 2XOYXOZ平面内,成对的金属纳米圆盘内部的相对磁场强度 (H/Hin)2 分布。Hin表示入射光的磁场。

近期我院于映教授团队的谌静副教授提出SiO2纳米柱超构材料支撑起来而悬浮在空气中可以实现超构材料中磁共振衍射耦合效应。他们研究表明SiO2圆柱顶起来的成对的金属纳米圆盘组成的二维四方阵列中,如图1(a)所示,磁共振能够通过远场衍射耦合产生表面晶格模式。如图1(b)所示,如果把成对的金属纳米圆盘直接放在SiO2衬底上,磁共振导致透射谱中出现一个较宽的透射谷dip 1,其中心波长位于656 nm。但是,如果把成对的金属纳米圆盘顶起来,透射谱中还出现了一个比较窄的透射谷dip 2,其中心波长位于680 nm。这个窄带的透射谷dip 2起源于表面晶格模式的激发。伴随表面晶格模的激发,我们预见成对的金属纳米圆盘内部的磁场被极大增强。如图1(c)-1(f)所示, 在窄带透射谷dip 2处获得的最大磁场强度是纯粹磁共振dip 1处的5.6倍左右是入射光磁场强度的840多倍。相关研究成果发表在IEEE Journal of Lightwave Technology 35,71 (2017).

详细请参考: Enhanced magnetic fields at optical frequency by diffraction coupling of magnetic resonances in lifted metamaterials, IEEE Journal of Lightwave Technology, 2017, 35: 71,http://ieeexplore.ieee.org/document/7738437/