Schema dell'elettrodinamica del disco di permalloy magnetico nudo (Py-DI) che genera un dipolo elettrico (pO) innescato dal campo elettrico Ei di una radiazione elettromagnetica polarizzata linearmente incidente e un dipolo elettrico attivato magneto-otticamente (pMO) da un campo magnetico H. pO e pMO della nanoantenna Py all'interno della nanocavità del disco ad anello non concentrico (NRCD) sono migliorate (di un fattore ~ 5) rispetto a un disco Py nudo mediante ibridazione con la modalità oscura dell'anello d'oro (Au- RI). Ciò è qualitativamente rappresentato dalla dimensione relativa dei dipoli elettrici pO e pMO nel Py-DI, e nel NCRD. Nella nanocavità NCRD, l'ibridazione genera una modalità multipolare ibrida con una debole componente dipolare dipolare pO'. Nel sistema Py-DI sia pO che pMO sono generati dalle modalità LPR radianti (brillanti) e dal conseguente cambiamento di polarizzazione indotto da H nella radiazione riflessa, ehm, è determinato dal loro rapporto (MOA ? |pMO|/|pO|). Il grande miglioramento del cambiamento di polarizzazione indotto da H nel sistema NCDR è una conseguenza del carattere a bassa radiazione del modo multipolare ibrido dovuto alla debole componente dipolare pO', mentre pMO è fortemente potenziato e ha un carattere radioso. Credito:Alberto López-Ortega, Mario Zapata Herrera, Nicolò Maccaferri, Matteo Pancaldi, Mikel Garcia, Andrey Chuvilin, e Paolo Vavassori
La nanofotonica utilizza la polarizzazione della luce come vettore di informazioni nelle comunicazioni ottiche, rilevamento, e immagini. Allo stesso modo, lo stato di polarizzazione della luce gioca un ruolo chiave nel trasferimento fotonico dell'informazione quantistica. In questo quadro, i nanodispositivi ottici che consentono la manipolazione dinamica della polarizzazione della luce su scala nanometrica sono componenti chiave per future applicazioni nanofotoniche.
I materiali magnetici mostrano la cosiddetta attività magneto-ottica (MO), derivanti dall'accoppiamento spin-orbita di elettroni, che si traduce in una debole intensità indotta dal campo magnetico e modulazione di polarizzazione (nell'ordine di mrad) della luce riflessa e trasmessa.
La magnetoplasmonica esplora nanostrutture e metamateriali che combinano i forti potenziamenti locali dei campi elettromagnetici prodotti da eccitazioni plasmoniche localizzate, cioè., oscillazioni collettive degli elettroni quasi liberi, con l'attività MO intrinseca del costituente magnetico per migliorare la modulazione di polarizzazione indotta dal campo magnetico altrimenti debole.
Fino ad ora, la maggior parte degli studi sulla magnetoplasmonica si è concentrata sull'eccitazione di risonanze plasmoniche dipolari localizzate luminose (cioè radianti), noti come LPR, per amplificare la risposta MO. Infatti, strutture ibride dimeriche e multistrato di metalli nobili/ferromagnetici e nanoantenne puramente ferromagnetiche hanno dimostrato la possibilità di controllare e amplificare le proprietà dell'MO tramite eccitazioni plasmoniche. Ad esempio, considerando il caso archetipico di una nanoantenna magnetoplasmonica circolare a forma di disco, radiazione incidente di lunghezza d'onda adeguata eccita un LPR. Quando la nanoantenna è "attivata" da un campo magnetico (H), una seconda LPR è indotta dall'attività intrinseca di MO. Questo LPR indotto da MO (o MOLPR) è guidato dall'LPR in una direzione ortogonale sia a H che a LPR. Il rapporto tra MOLPR e LPR corrisponde al rapporto tra la risposta dei dipoli elettrici radianti ortogonali che determinano il cambiamento di polarizzazione indotto dal campo magnetico della luce riemessa.
Però, la generazione di un grande dipolo elettrico indotto da MO associato al MOLPR risulta da un parallelo potenziamento del dipolo elettrico associato al LPR. L'eccitazione simultanea del LPR, luce che irradia con la polarizzazione incidente, e MOLPR, luce che irradia con una polarizzazione ortogonale alla radiazione incidente, limita il massimo miglioramento ottenibile del cambiamento attivato dal campo magnetico nella polarizzazione della luce riflessa e trasmessa. A causa di questa limitazione dell'aumento di MO sfruttando risonanze dipolari luminose, sperimentalmente sono state osservate amplificazioni fino a circa 1 ordine di grandezza della risposta MO, che non sono sufficienti per le applicazioni pratiche della magnetoplasmonica alla nanofotonica attiva e all'ottica piatta.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team internazionale guidato dal Nanoscience Cooperative Research Center, CIC Nanogune, Spagna, aveva proposto e dimostrato una strategia per superare la suddetta limitazione basata sull'eccitazione di modi oscuri multipolari ibridi di alto ordine come mezzo praticabile e potente per amplificare l'attività magneto-ottica delle nanoantenne magneto-plasmoniche e ottenere un controllo attivo senza precedenti del polarizzazione della luce sotto un campo magnetico. Gli autori hanno progettato una nanostruttura non concentrica a disco magnetoplasmonico/anello plasmonico rotto a simmetria per consentire l'eccitazione della luce nello spazio libero di modalità oscure multipolari nell'anello plasmonico e la loro ibridazione con la risonanza plasmonica dipolare dell'anello plasmonico. disco magnetoplasmonico, portando a una modalità multipolare ibrida.
La grande amplificazione della risposta MO della nostra nanocavità è il risultato di un MOLPR radiante fortemente potenziato, che è guidato dalla risonanza multipolare ibrida a bassa radiazione invece di un LPR brillante. In questo modo si ottiene l'amplificazione della luce irradiata dalla risposta MO fortemente amplificata evitando un grande aumento simultaneo della luce irradiata con la polarizzazione incidente.
