Abstract

We demonstrate optical switching of electrically resonant terahertz planar metamaterials fabricated on ErAsGaAs nanoisland superlattice substrates. Photoexcited charge carriers in the superlattice shunt the capacitive regions of the constituent elements, thereby modulating the resonant response of the metamaterials. A switching recovery time of 20ps results from fast carrier recombination in the ErAsGaAs superlattice substrates.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
    [CrossRef]
  2. B. Ferguson and X.-C. Zhang, Nat. Mater. 1, 26 (2002).
    [CrossRef]
  3. T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. L. Fekete, F. Kadlec, P. Kuzel, and H. Nemec, Opt. Lett. 32, 680 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
    [CrossRef]
  8. W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
    [CrossRef]
  9. H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
    [CrossRef]
  11. J. Ahn, A. V. Efimov, R. D. Averitt, and A. J. Taylor, Opt. Express 11, 2486 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. M. Rini, A. Cavalleri, R. W. Schoenlein, R. López, L. C. Feldman, R. F. Haglund, Jr., L. A. Boatner, and T. E. Haynes, Opt. Lett. 30, 558 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]

2007 (3)

2006 (2)

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005 (2)

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

M. Rini, A. Cavalleri, R. W. Schoenlein, R. López, L. C. Feldman, R. F. Haglund, Jr., L. A. Boatner, and T. E. Haynes, Opt. Lett. 30, 558 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

2002 (1)

B. Ferguson and X.-C. Zhang, Nat. Mater. 1, 26 (2002).
[CrossRef]

1999 (2)

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Ahn, J.

Aronsson, M. T.

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

Averitt, R. D.

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

J. Ahn, A. V. Efimov, R. D. Averitt, and A. J. Taylor, Opt. Express 11, 2486 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Basov, D. N.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Boatner, L. A.

Bowers, J. E.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Cavalleri, A.

Chen, H.-T.

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Dong, J. W.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Efimov, A. V.

Fang, N.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Fekete, L.

Feldman, L. C.

Ferguson, B.

B. Ferguson and X.-C. Zhang, Nat. Mater. 1, 26 (2002).
[CrossRef]

Fleischer, S. B.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Gossard, A. C.

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Haglund, R. F.

Haynes, T. E.

Highstrete, C.

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Hilton, D. J.

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

Holden, A. J.

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

Ibbetson, J. P.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Kadlec, F.

Kadow, C.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Kuzel, P.

Lee, M.

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

López, R.

Nemec, H.

O'Hara, J. F.

Padilla, W. J.

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Palmstrøm, C. J.

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

Prasankumar, R. P.

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

Rini, M.

Robbins, D. J.

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

Schoenlein, R. W.

Scopatz, A.

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

Smith, D. R.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Stewart, W. J.

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

Taylor, A. J.

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

H.-T. Chen, J. F. O'Hara, A. J. Taylor, R. D. Averitt, C. Highstrete, M. Lee, and W. J. Padilla, Opt. Express 15, 1084 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

J. Ahn, A. V. Efimov, R. D. Averitt, and A. J. Taylor, Opt. Express 11, 2486 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Vier, D. C.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Yen, T. J.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, X.

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, X.-C.

B. Ferguson and X.-C. Zhang, Nat. Mater. 1, 26 (2002).
[CrossRef]

Zide, J. M.

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

Zide, J. M. O.

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (2)

C. Kadow, S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, A. C. Gossard, J. W. Dong, and C. J. Palmstrøm, Appl. Phys. Lett. 75, 3548 (1999).
[CrossRef]

R. P. Prasankumar, A. Scopatz, D. J. Hilton, A. J. Taylor, R. D. Averitt, J. M. Zide, and A. C. Gossard, Appl. Phys. Lett. 86, 201107 (2005).
[CrossRef]

IEEE Trans. Microwave Theory Tech. (1)

J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, 2075 (1999).
[CrossRef]

Nat. Mater. (1)

B. Ferguson and X.-C. Zhang, Nat. Mater. 1, 26 (2002).
[CrossRef]

Nature (1)

H.-T. Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Nature 444, 597 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (1)

W. J. Padilla, M. T. Aronsson, C. Highstrete, M. Lee, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, Phys. Rev. B 75, 041102(R) (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

W. J. Padilla, A. J. Taylor, C. Highstrete, M. Lee, and R. D. Averitt, Phys. Rev. Lett. 96, 107401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

T. J. Yen, W. J. Padilla, N. Fang, D. C. Vier, D. R. Smith, J. B. Pendry, D. N. Basov, and X. Zhang, Science 303, 1494 (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

Time dependence of the normalized carrier density following photoexcitation of the Er As Ga As superlattice, as measured by optical-pump THz-probe experiments. The inset shows the impulsive THz electric field time-domain waveform that probes the pump-induced changes in the metamaterial response.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Frequency-dependent transmission of the eSRR array at various times following photoexcitation and (b) corresponding real part of the effective dielectric function. Inset, metamaterial eSRR unit cell; arrows, polarization of the normally incident THz radiation.

Fig. 3
Fig. 3

Frequency-dependent transmission of the complementary eSRR array at various times following photoexcitation, and (b) corresponding real part of the effective dielectric function. Inset, complementary metamaterial eSRR unit cell; arrows, polarization of the normally incident THz radiation.

Metrics