Abstract

We demonstrate that the extraordinary transmission of terahertz radiation through semiconductor gratings of subwavelength apertures can be switched completely by varying the temperature. The enhanced transmission, which is due to the resonant tunneling of surface plasmon polaritons that can be excited in semiconductors at terahertz frequencies, is controlled by thermally modifying the density of free carriers. The transmission through metal gratings cannot be switched in the same way since the carrier density is temperature independent. Thus semiconductors offer an interesting alternative to metals in enhancing the transmission of electromagnetic radiation.

© 2004 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. H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
    [CrossRef]
  3. U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
    [CrossRef]
  4. W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
    [CrossRef]
  5. C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
    [CrossRef]
  6. L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
    [CrossRef]
  7. A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
    [CrossRef]
  8. T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
    [CrossRef]
  9. J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
    [CrossRef]
  10. C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).
  11. D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
    [CrossRef]
  12. T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
    [CrossRef]
  13. R. W. Wood, Phys. Rev. 48, 928 (1935).
    [CrossRef]
  14. L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
    [CrossRef]
  15. H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
    [CrossRef]

2003 (2)

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

2001 (2)

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

2000 (3)

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

1998 (3)

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

1944 (1)

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

1935 (1)

R. W. Wood, Phys. Rev. 48, 928 (1935).
[CrossRef]

Beckmann, L.

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Bethe, H. A.

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

Degiron, A.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

Duch, A. C.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Feldmann, J.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

García-Vidal, F. J.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

Ghaemi, H. F.

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Gómez Rivas, J.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Grupp, D. E.

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
[CrossRef]

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Haring Bolivar, P.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Heitmann, D.

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

Janke, C.

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Kim, T. J.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
[CrossRef]

Koch, M.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Krishnan, A.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Kurz, H.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Lezec, H. J.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

Martín-Moreno, L.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

Pellerin, K. M.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

Pendry, J.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

Priest, T. W.

W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

Sambles, R. J.

W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

Schotsch, C.

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

Schröter, U.

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

Sönnichsen, C.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Steininger, G.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Tan, W.-C.

W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

Thio, T.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

T. J. Kim, T. Thio, T. W. Ebbesen, D. E. Grupp, and H. J. Lezec, Opt. Lett. 24, 256 (1999).
[CrossRef]

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

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

von Plessen, G.

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

Wolff, P. A.

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

T. Thio, H. F. Ghaemi, H. J. Lezec, P. A. Wolff, and T. W. Ebbesen, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1743 (1999).
[CrossRef]

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

Wood, R. W.

R. W. Wood, Phys. Rev. 48, 928 (1935).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

C. Sönnichsen, A. C. Duch, G. Steininger, M. Koch, G. von Plessen, and J. Feldmann, Appl. Phys. Lett. 76, 140 (2000).
[CrossRef]

D. E. Grupp, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, K. M. Pellerin, and T. Thio, Appl. Phys. Lett. 77, 1569 (2000).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nature (1)

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

Opt. Commun. (1)

A. Krishnan, T. Thio, T. J. Kim, H. J. Lezec, T. W. Ebbesen, P. A. Wolff, J. Pendry, L. Martín-Moreno, and F. J. García-Vidal, Opt. Commun. 200, 1 (2001).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. (2)

R. W. Wood, Phys. Rev. 48, 928 (1935).
[CrossRef]

H. A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (4)

J. Gómez Rivas, C. Schotsch, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, Phys. Rev. B 68, 201306 (2003).
[CrossRef]

H. F. Ghaemi, T. Thio, D. E. Grupp, T. W. Ebbesen, and H. J. Lezec, Phys. Rev. B 58, 6779 (1998).
[CrossRef]

U. Schröter and D. Heitmann, Phys. Rev. B 58, 15419 (1998).
[CrossRef]

W.-C. Tan, T. W. Priest, and R. J. Sambles, Phys. Rev. B 62, 11134 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, K. M. Pellerin, T. Thio, J. B. Pendry, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 86, 1114 (2001).
[CrossRef]

L. Martín-Moreno, F. J. García-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. Lett. 90, 167401 (2003).
[CrossRef]

Other (1)

C. Janke, J. Gómez Rivas, C. Schotsch, L. Beckmann, P. Haring Bolivar, and H. Kurz, “Optimization of the enhanced THz transmission through arrays of subwavelength apertures,” Phys. Rev. B (to be published).

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Terahertz pulses transmitted through gratings of 70 µm×70 µm apertures at room temperature and 12.5 K. (a) Transmission through a square grating of doped silicon with a lattice constant of 300 µm. (b) Transmission through a similar grating coated on both sides with 300 nm of gold. For clarity the transients are shifted vertically.

Fig. 2
Fig. 2

Transmission spectra through gratings of subwavelength apertures at different temperatures: (a) grating of doped silicon and (b) gold grating. The measurements were taken at room temperature (black squares), 100 (open triangles), 50 (gray circles), 30 (open squares), and 12.5 K (black triangles).

Fig. 3
Fig. 3

Maximum value of the enhanced transmission through gratings of subwavelength apertures versus the inverse of the temperature of the sample. The triangles correspond to the transmission through a silicon grating, whereas the open circles represent the transmission through a gold grating. The solid curves are guides to the eye.

Metrics