하프 나노링을 적층하여 나노링 공진기에서 파노 공진의 고품질 요소 생성 및 조작

결과 및 토론

그림 2a, c는 단독으로 고려되는 플라즈몬 나노구조의 광학적 특성을 보여줍니다. 나노구조는 수직 입사에서 플라즈몬 공명의 홀수 모드만을 나타내었기 때문에[25], 1027 nm에서 나노링의 3차 모드 A y를 따라 편광된 일반 조명에서 여기될 수 있습니다. -축은 나노링의 3차 공명 모드를 의미하며 초방사선입니다. 이 기하학에서 Fano 선 모양은 디스크의 플라즈몬 공명과 반점 조각에 의해 지원되는 플라즈몬 공명 사이의 하이브리드 커플링에서 발생합니다[34, 35]. 그림 2b에 명시적으로 표시된 것처럼 금속 필름의 디스크 모양 구멍(구멍 구조) [36]. 그림 2b에서 우리는 플라즈몬 모드가 결합(D _B ) 또는 안티밴딩(D _AB ) 나노 디스크의 모드 조합(D _D ) 및 반점(D _H ) 플라즈몬 모드. 또한, 1297 nm B에서 단일 하프 나노링 1차 모드의 쌍극자 그림 2c에 명시적으로 표시된 것처럼 명확하게 관찰됩니다.

아 완전한 나노링 단독 스펙트럼의 투과 특성. z 분포 -삽입 A.로 표시된 1027 nm의 파장에서 전기장의 성분 ㄴ 디스크의 쌍극자 모드 사이의 플라즈몬 혼성화 메커니즘(D _D ) 및 반점(구멍)(D _H ) 구조 및 퇴화 플라즈몬 결합의 에너지 다이어그램 (D _B ) 및 안티본딩(D _AB ) 모드. "+" 및 "-"기호는 각각 양전하 및 음전하를 나타냅니다. ㄷ 단일 하프 나노링의 투과 스펙트럼. z 분포 -삽입 B로 표시된 1297 nm의 파장에서 전기장의 성분

적층된 나노구조의 투과 특성을 더 설명하기 위해, 우리는 또한 적층 시스템의 스펙트럼 응답이 그림 3a와 같이 개별 레이어 모드의 조합임을 계산했습니다. 양 및 음의 쌍극자 모멘트를 완전히 상쇄하기 위해 2차 모드 Fano 공명은 경사 입사 방식을 제외하고는 직접 자극될 수 없습니다[22]. 그림 3b는 3차 모드(m =3) Fano 공진은 그림 2b에서 이전에 분석된 경우와 유사합니다. 나노링 위에 서 있는 하프 나노링을 조사했을 때, 3차 모드(m =3) Fano 공명은 거의 변하지 않습니다. 이 외에도 2차 모드(m =2) Fano 공명 효율은 그림 3c에 명시적으로 표시된 것처럼 1160nm의 파장에서 달성되었습니다. 초복사 플라즈몬 공명 모드를 비교하면 Fano 공명이 스택 영향에서 발생한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그리고 나노링 내부 또는 주변 환경의 수정은 공명 모드에 영향을 미칩니다. 적층 접촉은 기본 1차 모드의 강한 청색 편이를 유발하는 반면 적층 나노링/하프 나노링의 기하학적 모양은 여전히 ​​고차 모드의 효율적인 여기를 허용합니다. 적층 나노링/하프 나노링의 이 두 플라즈몬 공명 1차 모드는 1160 nm로 청색 편이되어 2차 모드(m =2) 상대적으로 긴 파장에서 나노링의 1차 모드가 하프 나노링보다 더 많이 이동하는 Fano 공명. 우리는 나노링의 1차 모드와 하프 나노링 사이의 혼성화로 인해 새로운 Fano 유형 공진 모드가 여기됨을 보여줍니다. 이 두 모드는 서로 영향을 미칠 수 있으므로 Fano 간섭 시 리타데이션 효과를 보상한 것으로 볼 수 있습니다. 2차 모드(m =2) Fano 공명은 나노구조의 다른 투과 분포와 전파 특성 때문에 하프 나노링의 스택에 의해 지배됩니다. 관찰할 수 있듯이 한편으로는 하프 나노링의 존재가 3차 모드(m =3) 훌륭한 특성을 유지하는 Fano 공명. 한편, 하프 나노링은 2차 모드(m =2) 파노 공명. 눈에 띄게, 2차 공진의 반치폭(FWHM)은 14nm로 품질 계수(Q -인자) 최대 82.8. 그리고 우리는 적층된 나노구조체에서 3차 공진의 FWHM을 9nm로 계산했으며, 이는 1027nm에 효과적으로 위치하며 114의 고품질 계수를 가지고 있습니다. 20[37], 50[38], 62[10]보다 큰 요소. 또한, 유도 공진 모드의 디페이징 시간은 공진 특성에 결정적으로 영향을 미칠 수 있습니다. T를 통해 유도 공진 모드의 디페이징 시간을 계산했습니다. _r =2 ℏ /Γ _엘 (r =2, 3) [39,40,41], 여기서 ℏ 는 감소된 플랑크 상수이고 Γ _엘 Fano 공명의 균질한 선폭이다. 2차 공진 모드의 디페이징 시간(m =2) 티 ₂ 0.10ps로 추정되며 3차 공진 모드(m =3) 티 ₃ 0.12ps로 추정됩니다. Fano 공명 이후, 디페이징 시간 T ₀ 10fs[41] 정도인 것으로 믿어지고 따라서 사용 가능한 레이저 펄스로 안정적으로 해결하기에는 너무 짧습니다. 둘 다 T ₂ 그리고 T ₃ 일반적인 Fano 공명 디페이징 시간보다 큽니다. T _0, 쉽게 실현할 수 있습니다.

아 완전한 은 나노링과 결합된 하프 은 나노링을 통한 그림 1의 결합 시스템(검정색 선으로 표시)의 투과 스펙트럼. ㄴ , ㄷ z 분포 -파장 1027(m)에서 전기장의 성분 =3) 및 1160nm(m =2), 각각

다음으로 시스템의 매개변수에 대한 Fano 공명의 의존성에 대해서도 연구합니다. 실제로 플라즈몬 공진기의 경우와 마찬가지로 하프 나노링의 나선 회전 각도를 변경하여 공진의 스펙트럼 특성을 선택할 수 있습니다. y를 따라 선형 편광된 빛의 수직 입사를 고려할 때 -축(θ =0°), θ에 대해 =0°이면 그림 3a와 같이 2차 및 3차 공진 모드만 여기됩니다. 그러나 그림 4a는 손 나선 회전 각도의 약간의 변화가 나노 구조에 훨씬 더 큰 영향을 미치며 하프 나노 링의 5 ° 회전이 새로운 모드 공명을 유도한다는 것을 관찰합니다 (회전 모드 m =r ). 분명히, 하프 나노 링이 θ와 함께 배치되면 =5° 회전, 3개의 비대칭 딥이 스펙트럼에 존재합니다. 하이브리드 모드를 식별하기 위해 그림 4b-d와 같이 하이브리드 스펙트럼의 세 딥에 해당하는 표면 전하 분포를 플로팅합니다. 전기장 다이어그램은 이 적층 시스템이 지원하는 플라즈몬 모드의 하이브리드화를 설명합니다. 또한 3차 모드(m =3) 이러한 여기에서 초복사 모드로 y를 따라 거의 변화 없음 -나노구조의 축인 반면, 2차 Fano 공명(m =2) 위의 메커니즘과 일치하며, 하프 나노링과 나노링의 혼성화 1차 모드로 식별됩니다. 특히 회전 공진 모드(m =r )의 나노링은 지연 효과 때문에 단일 구성으로 여기될 수 없습니다. 파장 회전 모드의 딥(m =r )는 또한 하프 나노링과 나노링의 공명 1차 모드 사이에서 혼성화된다. 회전 상황에서 Fano 공명은 2차 모드(m =2), 그러나 그림 4d의 전하 분포에서 볼 수 있듯이 구조적 손 나선 회전 각도가 있습니다. 2차 모드를 기반으로 회전 모드는 회전 방식으로 지원되며 비대칭 적색 편이(장파장으로의 이동)를 나타냅니다. 회전하는 하프 나노링은 하나는 2차 모드를 생성하는 하프 나노링으로 사용하고 다른 하나는 회전 모드를 여기시키는 회전하는 하프 나노링으로 사용되는 이중 기능을 갖는다. 스펙트럼 딥의 공진이 강화되거나 사라질 수 있으므로 집적 회로에서 유연한 변조가 발생합니다.

아 변화하는 각도 θ에 따른 은 나노구조의 스펙트럼 응답 =하프 나노링의 5°. z 분포 -파장 1027의 전기장의 성분(b ), 1160(c ) 및 1346nm(d ), 각각

그림 5는 직경이 같지만 전기장 분극 방향에서 벗어나는 하프 나노링의 나선 각도가 변하는 나노구조의 스펙트럼을 보여줍니다. 각도 차이는 회전 공진 모드(m =r ), 이는 모드에 대한 위의 분석과 일치합니다. θ의 경우와 같이 각도차가 매우 커지는 경우 =0° ~ θ =30°일 수록 하이브리드 스펙트럼의 선 모양이 더 뚜렷해집니다. 모드(m =r ) 하프 나노 링은 각도 크기가 작아 회전 모멘트가 적기 때문에 충분히 지배적이지 않습니다. 그리고 회전 공진 모드는 각도가 증가함에 따라 명백해집니다. 따라서 전체 구조는 세 가지 모드를 나타냅니다. 또한 2차 모드(m =2) y에 따른 순 모멘트 이후 감소 -축이 작아서 2차 모드(m)에서 독특한 Fano 프로필에 불충분한 약한 간섭이 발생합니다. =2). 하프 나노링의 각도가 커질수록 공진의 차이가 뚜렷해 두 모드의 겹침이 두드러져 비대칭 Fano 프로파일(m =r ) 더 독특합니다.

파란색, 녹색, 빨간색 및 원점선은 다양한 오른쪽 회전 각도 θ에 대한 시뮬레이션 전송 스펙트럼을 나타냅니다. =각각 0°, 10°, 20° 및 30°, 다른 매개변수는 그림 1과 동일합니다.

길이는 같지만 절반의 나노링을 가진 나노링으로 구성된 나노구조의 경우 독특한(실제로는 훨씬 더 선명한) 2차 모드 Fano 공명도 여기될 수 있으며, 이는 두 개의 고품질 Fano를 동시에 자극할 수 있습니다. 시간, 집적 회로의 개발에 기여. 이것은 또한 나노링의 특별한 모양이 다른 나노입자 시스템의 모양과 다르다는 것을 보여줍니다. 플라스몬 혼성화의 특정 거동에 대한 이유는 말단이 상대적으로 도킹된 나노링인 하프 나노링의 경우 강한 영향이 나노구조의 짝수 모드를 유도하기 때문입니다. 그러나 하프 나노링의 각도가 변화함에 따라 회전 모드(m =r )가 여기되어 3개의 Fano 공명 프로파일을 생성합니다. 물론 하프 나노링이 y에서 다른 방향으로 이동할 때 -동심 시스템의 방향(θ의 경우) =0°, − 10°, − 20°, − 30°), 나노구조의 현상은 Fig. 나노링 공진 모드. 새로운 모드 공진이 있습니다(회전 모드 m =r ) 앞의 설명과 일치합니다.