Skiss av elektrodynamiken för den blanka magnetiska permalloyskivan (Py-DI) som genererar en elektrisk dipol (pO) triggas av det elektriska fältet Ei av en infallande linjärt polariserad elektromagnetisk strålning och en magneto-optiskt aktiverad elektrisk dipol (pMO) av ett magnetfält H. pO och pMO för Py-nanoantennen inuti den icke-koncentriska ringskivans nanokavitet (NRCD) förstärks (med en faktor på ~5) med avseende på en blottad Py-skiva genom hybridisering med guldringens mörka läge (Au- RI). Detta skildras kvalitativt av den relativa storleken av elektriska dipoler pO och pMO i Py-DI, och i NCRD. I NCRD nanokavitet, hybridisering genererar en hybrid multipolär mod med en svag dipolär dipolär komponent pO'. I Py-DI-systemet genereras både pO och pMO av strålande (ljusa) LPR-lägen och den resulterande H-inducerade polarisationsförändringen i den reflekterade strålningen, Eh, bestäms av deras förhållande (MOA ? |pMO|/|pO|). Den stora förbättringen av den H-inducerade polarisationsförändringen i NCDR-systemet är en konsekvens av den lågstrålande karaktären hos det hybrida multipolära läget på grund av den svaga dipolära komponenten pO', medan pMO är starkt förstärkt och har en strålande karaktär. Kredit:Alberto López-Ortega, Mario Zapata-Herrera, Nicolò Maccaferri, Matteo Pancaldi, Mikel Garcia, Andrey Chuvilin, och Paolo Vavassori
Nanofotonik använder ljuspolarisering som informationsbärare i optisk kommunikation, avkänning, och bildbehandling. Likaså, ljusets polariseringstillstånd spelar en nyckelroll i den fotoniska överföringen av kvantinformation. Inom denna ram, optiska nanoenheter som möjliggör dynamisk manipulering av ljuspolarisering på nanoskala är nyckelkomponenter för framtida nanofotoniska tillämpningar.
Magnetiska material uppvisar så kallad magneto-optisk (MO) aktivitet, som härrör från spin-omloppskoppling av elektroner, vilket resulterar i en svag magnetfältsinducerad intensitets- och polarisationsmodulering (i storleksordningen mrads) av reflekterat och transmitterat ljus.
Magneto-plasmonics utforskar nanostrukturer och metamaterial som kombinerar de starka lokala förbättringarna av elektromagnetiska fält som produceras av lokaliserade plasmonexcitationer, dvs. kollektiva svängningar av de kvasifria elektronerna, med den magnetiska beståndsdelens inneboende MO-aktivitet för att förbättra den annars svaga magnetfältsinducerade polarisationsmoduleringen.
Tills nu, de flesta studier på magnetoplasmonik fokuserade på excitation av ljusa (dvs strålande) lokaliserade dipolära plasmoniska resonanser, känd som LPR, för att förstärka MO-svaret. Verkligen, dimera och flerskiktiga hybridstrukturer av ädla/ferromagnetiska metaller såväl som rent ferromagnetiska nanoantenner har visat möjligheten att kontrollera och förstärka MO-egenskaper via plasmoniska excitationer. Till exempel, med tanke på det arketypiska fallet med en cirkulär skivliknande magnetoplasmonisk nanoantenn, infallande strålning med rätt våglängd exciterar en LPR. När nanoantennen "aktiveras" av ett magnetfält (H), en andra LPR induceras av den inneboende MO-aktiviteten. Denna MO-inducerade LPR (eller MOLPR) drivs av LPR i en riktning ortogonal mot både H och LPR. Förhållandet mellan MOLPR och LPR motsvarar förhållandet mellan svaret hos ortogonalt strålande elektriska dipoler som bestämmer den magnetfältsinducerade polarisationsförändringen av återutsänt ljus.
Dock, genereringen av en stor MO-inducerad elektrisk dipol associerad med MOLPR:n är resultatet av en parallell förbättring av den elektriska dipolen associerad med LPR. Den samtidiga exciteringen av LPR, strålar ut ljus med den infallande polarisationen, och MOLPR, strålar ut ljus med en polarisation vinkelrät mot den infallande strålningen, begränsar den maximalt uppnåbara förbättringen av magnetfältsaktiverad förändring i polarisation av reflekterat och transmitterat ljus. På grund av denna begränsning av MO-förbättringen som utnyttjar ljusa dipolära resonanser, amplifieringar upp till ungefär en storleksordning av MO-svaret har observerats experimentellt, som inte räcker till för praktiska tillämpningar av magnetoplasmonik till aktiv nanofotonik och plattoptik.
I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , ett internationellt team som leds av Nanoscience Cooperative Research Center, CIC Nanogune, Spanien, hade föreslagit och demonstrerat en strategi för att övervinna den ovannämnda begränsningen baserad på exciteringen av hybrida multipolära mörka lägen av hög ordning som ett livskraftigt och kraftfullt medel för att förstärka den magneto-optiska aktiviteten hos magnetoplasmoniska nanoantenner och uppnå en aldrig tidigare skådad aktiv kontroll av ljuspolarisering under ett magnetfält. Författarna hade designat en symmetrisk bruten icke-koncentrisk magneto-plasmonisk-skiva/plasmonisk-ring nanostruktur för att möjliggöra frirumsljusexcitation av multipolära mörka lägen i den plasmoniska ringen såväl som deras hybridisering med den dipolära plasmoniska resonansen av magneto-plasmonisk skiva, vilket leder till ett hybrid multipolärt läge.
Den stora förstärkningen av MO-svaret i vår nanokavitet är resultatet av en starkt förstärkt strålande MOLPR, som drivs av den lågstrålande hybrid multipolära resonansen istället för en ljusstark LPR. På detta sätt uppnås förstärkningen av det utstrålade ljuset från det starkt förstärkta MO-svaret, varvid man undviker en samtidig stor förstärkning av utstrålat ljus med den infallande polarisationen.
