Croquis de l'électrodynamique du disque magnétique nu en permalloy (Py-DI) générant un dipôle électrique (pO) déclenché par le champ électrique Ei d'un rayonnement électromagnétique incident polarisé linéairement et un dipôle électrique activé magnéto-optiquement (pMO) par un champ magnétique H. pO et pMO de la nanoantenne Py à l'intérieur de la nanocavité du disque annulaire non concentrique (NRCD) sont améliorés (d'un facteur de ~5) par rapport à un disque Py nu par hybridation avec le mode sombre de l'anneau en or (Au- RI). Ceci est représenté qualitativement par la taille relative des dipôles électriques pO et pMO dans le Py-DI, et au CNDR. Dans la nanocavité NCRD, l'hybridation génère un mode multipolaire hybride avec une faible composante dipolaire dipolaire pO'. Dans le système Py-DI, pO et pMO sont générés par les modes LPR radiants (lumineux) et le changement de polarisation induit par H qui en résulte dans le rayonnement réfléchi, Euh, est déterminé par leur rapport (MOA ? |pMO|/|pO|). La forte augmentation du changement de polarisation induit par H dans le système NCDR est une conséquence du caractère à faible rayonnement du mode multipolaire hybride dû à la faible composante dipolaire pO', tandis que le pMO est fortement rehaussé et a un caractère rayonnant. Crédit :Alberto López-Ortega, Mario Zapata-Herrera, Nicolò Maccaferri, Matteo Pancaldi, Mikel Garcia, Andrey Chuvilin, et Paolo Vavassori
La nanophotonique utilise la polarisation de la lumière comme support d'information dans les communications optiques, sentir, et l'imagerie. De même, l'état de polarisation de la lumière joue un rôle clé dans le transfert photonique de l'information quantique. Dans ce cadre, les nanodispositifs optiques permettant une manipulation dynamique de la polarisation de la lumière à l'échelle nanométrique sont des composants clés pour les futures applications nanophotoniques.
Les matériaux magnétiques présentent une activité dite magnéto-optique (MO), résultant du couplage spin-orbite des électrons, ce qui se traduit par une faible intensité induite par le champ magnétique et une modulation de polarisation (de l'ordre de mrads) de la lumière réfléchie et transmise.
La magnétoplasmonique explore les nanostructures et les métamatériaux qui combinent les fortes amplifications locales des champs électromagnétiques produits par des excitations plasmoniques localisées, c'est à dire., oscillations collectives des électrons quasi libres, avec l'activité MO inhérente du constituant magnétique pour améliorer la modulation de polarisation induite par le champ magnétique par ailleurs faible.
Jusqu'à maintenant, la plupart des études sur la magnéto-plasmonique se sont concentrées sur l'excitation de résonances plasmoniques dipolaires localisées brillantes (c'est-à-dire radiantes), connu sous le nom de LPR, pour amplifier la réponse MO. En effet, Des structures hybrides dimères et multicouches de métaux nobles/ferromagnétiques ainsi que des nanoantennes purement ferromagnétiques ont démontré la possibilité de contrôler et d'amplifier les propriétés MO via des excitations plasmoniques. Par exemple, considérant le cas archétypal d'une nanoantenne magnéto-plasmonique en forme de disque circulaire, un rayonnement incident de longueur d'onde appropriée excite un LPR. Lorsque la nanoantenne est "activée" par un champ magnétique (H), une seconde LPR est induite par l'activité MO inhérente. Ce LPR induit par le MO (ou MOLPR) est piloté par le LPR dans une direction orthogonale à la fois à H et au LPR. Le rapport entre le MOLPR et le LPR correspond au rapport entre la réponse des dipôles électriques rayonnants orthogonaux qui déterminent le changement de polarisation induit par le champ magnétique de la lumière réémise.
Cependant, la génération d'un grand dipôle électrique induit par MO associé au MOLPR résulte d'un rehaussement parallèle du dipôle électrique associé au LPR. L'excitation simultanée du LPR, rayonner de la lumière avec la polarisation incidente, et MOLPR, rayonner de la lumière avec une polarisation orthogonale au rayonnement incident, limite l'amélioration maximale réalisable du changement de polarisation activé par le champ magnétique de la lumière réfléchie et transmise. En raison de cette limitation de l'amélioration MO exploitant les résonances dipolaires brillantes, des amplifications jusqu'à environ 1 ordre de grandeur de la réponse MO ont été observées expérimentalement, qui ne suffisent pas pour les applications pratiques de la magnétoplasmonique à la nanophotonique active et à l'optique plate.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe internationale dirigée par le Nanoscience Cooperative Research Center, CIC Nanogune, Espagne, avait proposé et démontré une stratégie pour surmonter la limitation susmentionnée basée sur l'excitation de modes sombres multipolaires hybrides d'ordre élevé comme moyen viable et puissant pour amplifier l'activité magnéto-optique des nanoantennes magnéto-plasmoniques et obtenir un contrôle actif sans précédent de la polarisation de la lumière sous champ magnétique. Les auteurs ont conçu une nanostructure à disque magnéto-plasmonique/anneau plasmonique à symétrie brisée afin de permettre l'excitation lumineuse en espace libre des modes sombres multipolaires dans l'anneau plasmonique ainsi que leur hybridation avec la résonance plasmonique dipolaire de l'anneau plasmonique. disque magnéto-plasmonique, conduisant à un mode multipolaire hybride.
La grande amplification de la réponse MO de notre nanocavité est le résultat d'un MOLPR radiant fortement amélioré, qui est entraîné par la résonance multipolaire hybride à faible rayonnement au lieu d'un LPR brillant. De cette manière, l'amplification de la lumière rayonnée à partir de la réponse MO fortement amplifiée est obtenue en évitant une forte augmentation simultanée de la lumière rayonnée avec la polarisation incidente.
