Abstract

We propose, fabricate, and study a double-layer chiral planar metamaterial that exhibits pronounced circular dichroism at near-infrared wavelengths. The antisymmetric oscillation modes of the two coupled layers allow local magnetic-dipole moments and enhanced polarization effects compared with similar single-layer systems where only electric-dipole moments occur. Experiment and rigorous theoretical calculations are in good agreement.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
    [CrossRef]
  5. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. C. Rockstuhl, F. Lederer, C. Etrich, T. Zentgraf, J. Kuhl, and H. Giessen, Opt. Express 14, 8827 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. V. M. Shalaev, W. S. Cai, U. K. Chettiar, H. K. Yuan, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, and A. V. Kildishev, Opt. Lett. 30, 3356 (2005).
    [CrossRef]
  8. S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Science 312, 892 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]

2006

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Science 312, 892 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

C. Rockstuhl, F. Lederer, C. Etrich, T. Zentgraf, J. Kuhl, and H. Giessen, Opt. Express 14, 8827 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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

V. M. Shalaev, W. S. 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, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2003

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Bagnall, D. M.

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Brueck, S. R. J.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Cai, W. S.

Chettiar, U. K.

Coles, H. J.

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Dolling, G.

Drachev, V. P.

Enkrich, C.

Etrich, C.

Fan, W.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Fedotov, V. A.

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Frauenglass, A.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Giessen, H.

Ino, Y.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Jefimovs, K.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Kauranen, M.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Kildishev, A. V.

Koch, S. W.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Krasavin, A.

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Krasavin, A. V.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Kuhl, J.

Kuwata-Gonokami, M.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Lederer, F.

Linden, S.

Malloy, K. J.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Minhas, B. K.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Moloney, J. V.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Papakostas, A.

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Potts, A.

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Prosvirnin, S. L.

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Reichelt, M.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Rockstuhl, C.

Rogacheva, A. V.

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Saito, N.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Sarychev, A. K.

Schwanecke, A. S.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Shalaev, V. M.

Soukoulis, C. M.

Stroucken, T.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Svirko, Y.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Turunen, J.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Vallius, T.

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Wegener, M.

Wright, E. M.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Yuan, H. K.

Zayats, A. V.

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Zentgraf, T.

Zhang, S.

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Zheludev, N. I.

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Zhou, J.

Appl. Phys. B

M. Reichelt, S. W. Koch, A. V. Krasavin, J. V. Moloney, A. S. Schwanecke, T. Stroucken, E. M. Wright, and N. I. Zheludev, Appl. Phys. B 84, 97 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

A. V. Rogacheva, V. A. Fedotov, A. S. Schwanecke, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 97, 177401 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

S. Zhang, W. Fan, B. K. Minhas, A. Frauenglass, K. J. Malloy, and S. R. J. Brueck, Phys. Rev. Lett. 94, 037402 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. Papakostas, A. Potts, D. M. Bagnall, S. L. Prosvirnin, H. J. Coles, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 90, 107404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. S. Schwanecke, A. Krasavin, D. M. Bagnall, A. Potts, A. V. Zayats, and N. I. Zheludev, Phys. Rev. Lett. 91, 247404 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

M. Kuwata-Gonokami, N. Saito, Y. Ino, M. Kauranen, K. Jefimovs, T. Vallius, J. Turunen, and Y. Svirko, Phys. Rev. Lett. 95, 227401 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Science

G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Science 312, 892 (2006).
[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 double-layer magnetic meta material. The geometrical parameters are indicated and given by L = 274 nm , t i = 90 nm , l o = 135 nm , t o = 50 nm , and t diff = 15 nm (b) Snapshot of the E -field at 0.86 μ m wavelength for lcp incident light. The cutting plane is indicated in (a).

Fig. 2
Fig. 2

Normal-incidence linear-optical transmittance spectra of the double-layer chiral metamaterial. The first (second) row corresponds to right-handed (left-handed) gammadions. The left column is experimental, and the right column is calculated. Transmittance spectra are shown for left-circular incident polarization of light (blue) as well as for right-circular incident polarization (red). The difference between the two is multiplied by a factor of ten and depicted as the green curves. The corresponding oblique-view electron micrographs and the geometry used in our calculations, respectively, are shown as insets. The scale bar is 500 nm .

Fig. 3
Fig. 3

Normal-incidence linear-optical transmittance spectra of the single-layer chiral metamaterial. The representation is identical to that of Fig. 2. Note that the thickness of the single gold layer ( 50 nm ) is identical to the sum of the thicknesses of the two gold layers in Fig. 2.

Metrics