可见光波段的纯磁低损表面等离激元法诺共振研究

在等离激元领域,当一个较宽的峰(亮模式)与另一个窄峰(暗模式)在频谱上相互重合并发生干涉时,会形成非对称的法诺线型。由于这种线型对周围环境和本身的结构尺寸的改变有很高的灵敏度,法诺共振被广泛的应用于很多方面,如生物传感、分子探测、表面拉曼增强,慢光等等。在传统的法诺共振形成过程中,亮模式一般来源于高散射的模式(如电偶极子),而暗模式则来源于更高阶的模式(如磁偶极子,电四极矩等)。然而由于亮模式的高散射损耗,限制了其进一步应用。

北京大学方哲宇研究员及其研究团队设计了一种由开口劈裂环为单元组成的六聚体和十二聚体结构,在切向偏振光的入射下产生法诺共振。实验表征发现,这个法诺共振是由一个集体环形的磁偶极子模式和另一个来自于各个劈裂环的总的磁偶极子模式相互干涉导致的。通过计算来自于各个极矩的散射分量,发现磁偶极子贡献了最大的散射量,且比其他极矩的散射至少要大3个数量级,从而进一步验证了法诺共振的纯磁性。这是因为由于光源和结构的对称性,来自于散射较强的电偶极子部分被抑制掉,只剩下来自于磁偶极子的散射部分。由于磁偶极子的低散射损耗,其法诺共振的半高宽最窄只有30纳米左右。因此基于此结构的生物传感、分子探测将具有极高的灵敏度,从而为等离激元低损耗共振应用开创了一个新的平台。相关结果发表在Small上。

该工作得到了科技部国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、以及2011量子物质科学协同创新中心的资助。

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