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 (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]

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

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]

2005 (4)

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]

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

2003 (2)

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. 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]

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.

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

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. 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 (1)

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 (1)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (5)

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]

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

Science (1)

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