Abstract

It is shown that a waveguide mode, which exists between metal dimer particles and does not cut off, produces an enhanced electric field and hence a mechanism for surface-enhanced Raman scattering. Structures can thus be designed that provide large average field enhancement over significant length scales.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Moskovits, Rev. Mod. Phys. 57, 783 (1985).
    [CrossRef]
  2. W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
    [CrossRef]
  3. F. J. Garcia-Vidal and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 77, 1163 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. Nie and S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
    [CrossRef]
  6. H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
    [CrossRef]
  7. J. P. Kottmann and O. J. F. Martin, Opt. Lett. 26, 1096 (2001).
    [CrossRef]
  8. J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
    [CrossRef]
  9. E. Hao and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 120, 357 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
    [CrossRef]
  11. L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
    [CrossRef]
  13. K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 073404 (2006).
    [CrossRef]
  14. H. C. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles (Dover, 1981).
  15. H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
    [CrossRef]
  16. R. H. Morriss and L. F. Collins, J. Chem. Phys. 41, 3357 (1964).
    [CrossRef]
  17. R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1824 (1999).
    [CrossRef]
  18. E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  19. P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
    [CrossRef]
  20. K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 72, 201402R (2005).
    [CrossRef]
  21. K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 33401 (2006).
    [CrossRef]
  22. D. S. Jones, The Theory of Electromagnetism (Macmillan, 1964).

2006 (3)

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 073404 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 33401 (2006).
[CrossRef]

2005 (3)

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 72, 201402R (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

E. Hao and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 120, 357 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (2)

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

2001 (1)

1999 (2)

R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1824 (1999).
[CrossRef]

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

1997 (2)

S. Nie and S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

F. J. Garcia-Vidal and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 77, 1163 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1995 (1)

W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
[CrossRef]

1993 (1)

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

1985 (1)

M. Moskovits, Rev. Mod. Phys. 57, 783 (1985).
[CrossRef]

1972 (1)

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

1964 (1)

R. H. Morriss and L. F. Collins, J. Chem. Phys. 41, 3357 (1964).
[CrossRef]

Averitt, R. D.

Bjerneld, E. J.

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

Börjesson, L.

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

Bosnick, K.

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

Brus, L.

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

Christy, R. W.

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

Collins, L. F.

R. H. Morriss and L. F. Collins, J. Chem. Phys. 41, 3357 (1964).
[CrossRef]

Crozier, K. B.

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

Dasari, R. R.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Dickson, R. M.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Emory, S. R.

S. Nie and S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Feld, M. S.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Fritz, S.

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

Fromm, D. P.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

Garcia-Vidal, F. J.

F. J. Garcia-Vidal and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 77, 1163 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Gonzalez, J. I.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Halas, N. J.

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1824 (1999).
[CrossRef]

Hao, E.

E. Hao and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 120, 357 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Hilger, A.

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

Hövel, H.

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

Itzkan, I.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Jiang, J.

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

Johnson, P. B.

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

Jones, D. S.

D. S. Jones, The Theory of Electromagnetism (Macmillan, 1964).

Käll, M.

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

Kinkhabwala, A.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

Kino, G. S.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

Kneipp, H.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Kneipp, K.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Kottmann, J. P.

Kreibig, U.

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

Lee, T.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Li, J.

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 33401 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 073404 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 72, 201402R (2005).
[CrossRef]

Maillard, M.

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

Martin, O. J. F.

Moerner, W. E.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

Morriss, R. H.

R. H. Morriss and L. F. Collins, J. Chem. Phys. 41, 3357 (1964).
[CrossRef]

Moskovits, M.

M. Moskovits, Rev. Mod. Phys. 57, 783 (1985).
[CrossRef]

Nie, S.

S. Nie and S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Nordlander, P.

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Patel, S. A.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Pendry, J. B.

F. J. Garcia-Vidal and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 77, 1163 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Perelman, L. T.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Peyser-Capadona, L.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Prodan, E.

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Radloff, C.

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Schatz, G. C.

E. Hao and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 120, 357 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
[CrossRef]

Schuck, P. J.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

Sundaramurthy, A.

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

van de Hulst, H. C.

H. C. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles (Dover, 1981).

Van Duyne, R. P.

W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
[CrossRef]

Vollmer, M.

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

Wang, Y.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

Webb, K. J.

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 073404 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 33401 (2006).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 72, 201402R (2005).
[CrossRef]

Westcott, S. L.

Xu, H.

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

Yang, W.-H.

W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
[CrossRef]

Zheng, J.

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J. Chem. Phys. (4)

E. Hao and G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 120, 357 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, A. Kinkhabwala, P. J. Schuck, G. S. Kino, and W. E. Moerner, J. Chem. Phys. 124, 061101 (2006).
[CrossRef]

R. H. Morriss and L. F. Collins, J. Chem. Phys. 41, 3357 (1964).
[CrossRef]

W.-H. Yang, G. C. Schatz, and R. P. Van Duyne, J. Chem. Phys. 103, 869 (1995).
[CrossRef]

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

J. Phys. Chem. B (1)

J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, and L. Brus, J. Phys. Chem. B 107, 9964 (2003).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (6)

H. Hövel, S. Fritz, A. Hilger, U. Kreibig, and M. Vollmer, Phys. Rev. B 48, 18178 (1993).
[CrossRef]

A. Sundaramurthy, K. B. Crozier, G. S. Kino, D. P. Fromm, P. J. Schuck, and W. E. Moerner, Phys. Rev. B 72, 165409 (2005).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 073404 (2006).
[CrossRef]

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

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 72, 201402R (2005).
[CrossRef]

K. J. Webb and J. Li, Phys. Rev. B 73, 33401 (2006).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (4)

F. J. Garcia-Vidal and J. B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 77, 1163 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667 (1997).
[CrossRef]

H. Xu, E. J. Bjerneld, M. Käll, and L. Börjesson, Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999).
[CrossRef]

L. Peyser-Capadona, J. Zheng, J. I. Gonzalez, T. Lee, S. A. Patel, and R. M. Dickson, Phys. Rev. Lett. 94, 058301 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Rev. Mod. Phys. (1)

M. Moskovits, Rev. Mod. Phys. 57, 783 (1985).
[CrossRef]

Science (2)

E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

S. Nie and S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

D. S. Jones, The Theory of Electromagnetism (Macmillan, 1964).

H. C. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles (Dover, 1981).

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

Rectangular dimer nanoparticle showing relevant parameters, including the TM polarized field with incident direction k ̂ .

Fig. 2
Fig. 2

TM ( H y ) field solution for the dimer of Fig. 1, normalized to the incident field, for a Ag dimer with λ 0 = 582 nm ( ϵ 2 = 14.88 + i 0.39 ) , w = 4 nm , and p = 30 nm : (a) E x and (b) H y for the first slot resonance, with t = 54.4 nm ; (c) E x and (d) H y for the second slot resonance, with t = 118.2 nm . The geometry is shown by the dashed lines.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Average field over the slot E versus particle thickness t for the dimer of Fig. 1. (b) E as a function of wavelength with t = 54.4 nm , and p = 30 nm . The triangle is the case for the first resonance, as shown in Fig. 2a, and the circle in (a) is the case for the second resonance, shown in Fig. 2c.

Metrics