Esboço da eletrodinâmica do disco permalloy magnético descoberto (Py-DI) gerando um dipolo elétrico (pO) desencadeado pelo campo elétrico Ei de uma radiação eletromagnética polarizada linearmente incidente e um dipolo elétrico magneto-opticamente ativado (pMO) por um campo magnético H. pO e pMO da nanoantena Py dentro da nanocavidade de disco de anel não-concêntrico (NRCD) são aumentados (por um fator de ~ 5) em relação a um disco de Py vazio por hibridização com o modo escuro do anel de ouro (Au- RI). Isso é representado qualitativamente pelo tamanho relativo dos dipolos elétricos pO e pMO no Py-DI, e no NCRD. Na nanocavidade NCRD, a hibridização gera um modo multipolar híbrido com um componente dipolar dipolar fraco pO '. No sistema Py-DI, tanto pO quanto pMO são gerados por modos LPR radiante (brilhante) e a mudança de polarização induzida por H resultante na radiação refletida, Er, é determinado por sua razão (MOA? | pMO | / | pO |). O grande aumento da mudança de polarização induzida por H no sistema NCDR é uma consequência do caráter de baixa radiação do modo multipolar híbrido devido ao fraco componente dipolar pO ', enquanto o pMO é fortemente aprimorado e tem um caráter radiante. Crédito:Alberto López-Ortega, Mario Zapata-Herrera, Nicolò Maccaferri, Matteo Pancaldi, Mikel Garcia, Andrey Chuvilin, e Paolo Vavassori
Nanophotonics usa polarização de luz como um portador de informações em comunicações ópticas, de detecção, e imagem. Da mesma forma, o estado de polarização da luz desempenha um papel fundamental na transferência fotônica da informação quântica. Nesta estrutura, nanodispositivos ópticos que permitem a manipulação dinâmica da polarização da luz em nanoescala são componentes-chave para futuras aplicações nanofotônicas.
Os materiais magnéticos exibem a chamada atividade magneto-óptica (MO), decorrente do acoplamento spin-órbita de elétrons, o que resulta em uma intensidade fraca induzida por campo magnético e modulação de polarização (na ordem de mrads) de luz refletida e transmitida.
Magneto-plasmonics explora nanoestruturas e metamateriais que combinam os fortes aprimoramentos locais de campos eletromagnéticos produzidos por excitações localizadas de plasmon, ou seja, oscilações coletivas dos elétrons quase-livres, com a atividade MO inerente do constituinte magnético para aumentar a modulação de polarização induzida por campo magnético de outra forma fraca.
Até agora, a maioria dos estudos sobre magneto-plasmônicos enfocou a excitação de ressonâncias plasmônicas dipolares localizadas brilhantes (ou seja, radiante), conhecido como LPRs, para amplificar a resposta do MO. De fato, Estruturas de metais nobres / ferromagnéticos híbridos diméricos e multicamadas, bem como nanoantenas puramente ferromagnéticas, demonstraram a possibilidade de controlar e amplificar as propriedades de MO por meio de excitações plasmônicas. Por exemplo, considerando o caso arquetípico de uma nanoantena magneto-plasmônica semelhante a um disco circular, radiação incidente de comprimento de onda adequado excita um LPR. Quando a nanoantena é "ativada" por um campo magnético (H), um segundo LPR é induzido pela atividade MO inerente. Este LPR induzido por MO (ou MOLPR) é conduzido pelo LPR em uma direção ortogonal a H e ao LPR. A razão entre o MOLPR e o LPR corresponde à razão entre a resposta de dipolos elétricos radiantes ortogonais que determinam a mudança de polarização induzida pelo campo magnético da luz reemitida.
Contudo, a geração de um grande dipolo elétrico induzido por MO associado ao MOLPR resulta de um aumento paralelo do dipolo elétrico associado ao LPR. A excitação simultânea do LPR, irradiando luz com a polarização incidente, e MOLPR, irradiando luz com uma polarização ortogonal à radiação incidente, limita o aumento máximo alcançável da mudança ativada pelo campo magnético na polarização da luz refletida e transmitida. Devido a esta limitação do aprimoramento de MO que explora ressonâncias dipolares brilhantes, amplificações de até cerca de apenas 1 ordem de magnitude da resposta de MO foram observadas experimentalmente, que não são suficientes para aplicações práticas de magneto-plasmonics para nanofotônica ativa e flat-optics.
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe internacional liderada pelo Nanoscience Cooperative Research Center, CIC Nanogune, Espanha, propuseram e demonstraram uma estratégia para superar a limitação acima mencionada com base na excitação de modos escuros multipolares híbridos de alta ordem como um meio viável e poderoso para amplificar a atividade magneto-óptica de nanoantenas magneto-plasmônicas e alcançar um controle ativo sem precedentes do polarização da luz sob um campo magnético. Os autores projetaram uma nanoestrutura de disco magneto-plasmônico / anel plasmônico não concêntrico quebrada de simetria para permitir a excitação de luz no espaço livre de modos escuros multipolares no anel plasmônico, bem como sua hibridização com a ressonância plasmônica dipolar do disco magneto-plasmônico, levando a um modo multipolar híbrido.
A grande amplificação da resposta MO de nossa nanocavidade é o resultado de um MOLPR radiante fortemente intensificado, que é impulsionado pela ressonância multipolar híbrida de baixa radiação em vez de um LPR brilhante. Desta forma, a amplificação da luz irradiada da resposta MO fortemente amplificada é alcançada evitando um grande aumento simultâneo da luz irradiada com a polarização incidente.
