Abstract

Metamaterials with a free-standing Ag–SU-8–Ag sandwich configuration, perforated with a periodic array of cross-dipole apertures, are fabricated. The transmittance spectra of both experiment and simulation have indicated the existence of two transmission bands in mid-IR frequencies. The high-frequency transmission peak is the guided mode associated with the surface plasmon polariton (SPP), and its location strongly depends on the arm length of the cross-dipole. The lower-frequency transmission peak is proposed to be the antisymmetric plasmon polariton mode, and its location hardly shifts as the size of the cross-dipole varies. Numerical simulations indicate that, on increasing the arm length of the cross-dipole aperture, the coaction of the electric dipole-like mode and the SPP-associated guided mode results in a better figure of merit.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
    [CrossRef]
  2. A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. Y. H. Ye and J. Y. Zhang, Opt. Lett. 30, 1521 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
    [CrossRef]
  8. G. Dolling, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 32, 53 (2007).
    [CrossRef]
  9. V. M. Shalaev, W. Cai, U. K. Chettiar, H.-K. Yuan, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, and A. V. Kildishev, Opt. Lett. 30, 3356 (2005).
    [CrossRef]
  10. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 31, 1800 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. C. Helgert, C. Menzel, C. Rockstuhl, E. Pshenay-Severin, E. B. Kley, A. Chipouline, A. Tunnermann, F. Lederer, and T. Pertsch, Opt. Lett. 34, 704 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
    [CrossRef]
  15. D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
    [CrossRef]
  16. M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
    [CrossRef]
  17. A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
    [CrossRef]

2009

2008

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

2007

G. Dolling, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 32, 53 (2007).
[CrossRef]

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

2006

2005

Y. H. Ye and J. Y. Zhang, Opt. Lett. 30, 1521 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

V. M. Shalaev, W. Cai, U. K. Chettiar, H.-K. Yuan, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, and A. V. Kildishev, Opt. Lett. 30, 3356 (2005).
[CrossRef]

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

2002

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

2001

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1998

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Altug, H.

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Avila, E. U.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Bartal, G.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Brueck, S. R. J.

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Cai, W.

Chettiar, U. K.

Chipouline, A.

Dolling, G.

Drachev, V. P.

Ebbesen, T. W.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Economou, E. N.

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

Enkrich, C.

Erramilli, S.

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Fan, W.

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Garcia-Vidal, F. J.

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Genov, D. A.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Ghaemi, H. F.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Helgert, C.

Hong, M. K.

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Kafesaki, M.

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

Katsarakis, N.

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

Kildishev, A. V.

Kley, E. B.

Koschny, Th.

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

Lederer, F.

Lezec, H. J.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Linden, S.

Lu, W. T.

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

Malloy, K. J.

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Markos, P.

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

Martin-Moreno, L.

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Mary, A.

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Menzel, C.

Osgood, R. M.

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Panoiu, N. C.

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Parimi, P. V.

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Pertsch, T.

Pshenay-Severin, E.

Rockstuhl, C.

Rodrigo, S. G.

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Sarychev, A. K.

Schultz, S.

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Schurig, D.

J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Shalaev, V. M.

Shelby, R. A.

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Smith, D. R.

J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Soukoulis, C. M.

G. Dolling, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 32, 53 (2007).
[CrossRef]

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 31, 1800 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

Sridar, S.

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

Thio, T.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Tsiapa, I.

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

Tunnermann, A.

Valentine, J.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Vier, D. C.

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

Vodo, P.

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

Wang, X.

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Wegener, M.

Wolff, P. A.

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Yanik, A. A.

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Ye, Y. H.

Yuan, H.-K.

Zentgraf, T.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, J. Y.

Zhang, S.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, K. J. Malloy, S. R. J. Brueck, N. C. Panoiu, and R. M. Osgood, Opt. Express 13, 4922 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, X.

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett.

P. Vodo, P. V. Parimi, W. T. Lu, and S. Sridar, Appl. Phys. Lett. 86, 201108 (2005).
[CrossRef]

A. A. Yanik, X. Wang, S. Erramilli, M. K. Hong, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 93, 080114 (2008).
[CrossRef]

Nature

J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. U. Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391, 667 (1998).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 65, 195104 (2002).
[CrossRef]

M. Kafesaki, I. Tsiapa, N. Katsarakis, Th. Koschny, C. M. Soukoulis, and E. N. Economou, Phys. Rev. B 75, 235114 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. E

D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. E 71, 036617 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

S. Zhang, W. Fan, N. C. Panoiu, K. J. Malloy, R. M. Osgood, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. Mary, S. G. Rodrigo, F. J. Garcia-Vidal, and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. Lett. 101, 103902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Science

J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, Science 292, 77 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Scanning electron microscope image of one of the samples. (b) Scheme of one unit cell of our configuration.

Fig. 2
Fig. 2

Simulated (solid) and measured (dotted) transmission spectra of samples A, B, and C.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Real part of the retrieved refractive index; (b) real part of the retrieved permeability; (c) real part of the retrieved permittivity; (d) FOM.

Fig. 4
Fig. 4

Relations of maximum FOM (squares), FOM for Re ( n ) = 1 (pluses) versus arm length of cross-dipole. The resonance frequency is shown in the inset.

Fig. 5
Fig. 5

Two different E-field intensity distributions in the cross section of interlayer at 14.8 THz . (a) Electric dipolelike mode, with the E-field concentrated along the two sides of apertures; (b) EOT mode, with the E-field concentrated among apertures.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

ϵ ( ω ) = 1 ω p 2 ω 2 i ω γ ,

Metrics