Abstract

We fabricate and characterize a low-loss silver-based negative-index metamaterial based on the design of a recent theoretical proposal. Comparing the measured transmittance and reflectance spectra with theory reveals good agreement. We retrieve a real part of the refractive index of Re(n)=2 around 1.5μm wavelength. The maximum of the ratio of the real to the imaginary part of the refractive index is about three at a spectral position where Re(n)=1. To the best of our knowledge, this is the best figure of merit reported for any negative-index photonic metamaterial to date.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. 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]
  2. V. M. Shalaev, W. Cai, U. K. Chettiar, H. Yuan, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, and A. V. Kildishev, Opt. Lett. 30, 3356 (2005).
    [CrossRef]
  3. J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. 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]
  5. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
    [CrossRef]
  8. S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. D. R. Smith, D. C. Vier, Th. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 036617 (2005).
    [CrossRef]
  11. Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
    [CrossRef]

2005 (8)

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]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (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]

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

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1972 (1)

P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
[CrossRef]

Brueck, S. R. 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]

Burger, S.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Cai, W.

Chettiar, U. K.

Christy, R. W.

P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
[CrossRef]

Dolling, G.

Drachev, V. P.

Economou, E. N.

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Enkrich, C.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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]

Firsov, A. A.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Geim, A. K.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Gleeson, H. F.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Grigorenko, A. N.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Johnson, P. B.

P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
[CrossRef]

Khrushchev, I. Y.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Kildishev, A. V.

Koschny, T.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Koschny, Th.

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

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Linden, S.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Malloy, K. 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]

Markos, P.

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Osgood, R. M.

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]

Panoiu, N. C.

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]

Pendry, J. B.

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Petrovic, J.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Sarychev, A. K.

Schmidt, F.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Shalaev, V. M.

Smith, D. R.

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

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

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

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Vier, D. C.

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

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Wegener, M.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Yuan, H.

Zhang, S.

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]

Zhang, Y.

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Zhou, J.

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Zschiedrich, L.

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Nature (1)

A. N. Grigorenko, A. K. Geim, H. F. Gleeson, Y. Zhang, A. A. Firsov, I. Y. Khrushchev, and J. Petrovic, Nature 438, 335 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (3)

P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
[CrossRef]

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

Th. Koschny, P. Markos, E. N. Economou, D. R. Smith, D. C. Vier, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 71, 245105 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

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]

C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

S. Linden, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, Science 306, 1351 (2004).
[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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Scheme of the negative-index metamaterial design and polarization configuration. The sample parameters used in Figs. 2, 3 are given: w x = 316 nm , w y = 100 nm , t = 45 nm , s = 30 nm , and lattice constant a x = a y = 600 nm . (b) Top-view electron micrograph of the silver-based structure. Inset, magnified view.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Measured normal-incidence transmittance (red) and reflectance (blue) spectra for the incident polarization configuration (solid curves) depicted in Fig. 1a; dashed curve, orthogonal linear polarization. (b) Corresponding calculated spectra. Gray area, spectral region shown in Fig. 3; dashed vertical line, position of Re ( n ) = 1 , where the FOM is 3 .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Retrieved permittivity ϵ, (b) retrieved magnetic permeability μ, and (c) refractive index n. Solid curves, real parts; dashed curves, imaginary parts. (d) FOM.

Equations (1)

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

FOM = Re ( n ) Im ( n ) ,

Metrics