Abstract

We report the realization of a one-dimensional photonic crystal consisting of alternating layers of metal nanocomposite and polymer layers. The structure shows a large change in the width of the reflection band due to the interplay between the plasmon resonance of the metal nanoparticle and the Bloch modes of the photonic crystal. The width of the reflection band is found to increase by 200% when the photonic band edge approaches the plasmon resonance of the silver nanoparticles.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. V. Kuzmiak and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 55, 7427 (1997).
    [CrossRef]
  2. K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
    [CrossRef]
  3. M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
    [CrossRef]
  4. J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
    [CrossRef]
  5. A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. R. S. Bennink, Y. K. Yoon, R. W. Boyd, and J. E. Sipe, Opt. Lett. 24, 1416 (1999).
    [CrossRef]
  7. J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
    [CrossRef]
  8. R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
    [CrossRef]
  9. N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. D. D. Smith, G. Fischer, R. Boyd, and D. A. Gregory, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1625 (1997).
    [CrossRef]
  11. R. L. Nelson and R. W. Boyd, Appl. Phys. Lett. 74, 2417 (1999).
    [CrossRef]
  12. T. K. Lee, A. D. Bristow, J. Hubner, and H. M. van Driel, J. Opt. Soc. Am. B 23, 2142 (2006).
    [CrossRef]
  13. S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
    [CrossRef]
  14. J. C. M. Garnett, Phil. Trans. R. Soc. A 203, 385 (1904).
    [CrossRef]
  15. V. M. Menon, M. Luberto, N. Valappil, and S. Chatterjee, Opt. Express 16, 19535 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
    [CrossRef]

2008

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

V. M. Menon, M. Luberto, N. Valappil, and S. Chatterjee, Opt. Express 16, 19535 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2006

2005

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

2004

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

2003

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1999

1998

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
[CrossRef]

1997

D. D. Smith, G. Fischer, R. Boyd, and D. A. Gregory, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1625 (1997).
[CrossRef]

V. Kuzmiak and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 55, 7427 (1997).
[CrossRef]

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

1996

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

1904

J. C. M. Garnett, Phil. Trans. R. Soc. A 203, 385 (1904).
[CrossRef]

Bennink, R. S.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

R. S. Bennink, Y. K. Yoon, R. W. Boyd, and J. E. Sipe, Opt. Lett. 24, 1416 (1999).
[CrossRef]

Bloemer, M. J.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Bowden, C. P.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Boyd, R.

Boyd, R. W.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

R. S. Bennink, Y. K. Yoon, R. W. Boyd, and J. E. Sipe, Opt. Lett. 24, 1416 (1999).
[CrossRef]

R. L. Nelson and R. W. Boyd, Appl. Phys. Lett. 74, 2417 (1999).
[CrossRef]

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

Bristow, A. D.

Brown, E. R.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Chatterjee, S.

Christ, A.

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Deych, L. I.

L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
[CrossRef]

Dowling, J. P.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Enoch, S.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Fischer, G.

Fishery, G. L.

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

Fu, R.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Garnett, J. C. M.

J. C. M. Garnett, Phil. Trans. R. Soc. A 203, 385 (1904).
[CrossRef]

Gehry, R. J.

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

Giessen, H.

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Gippius, N. A.

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Gralak, B.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Gregory, D. A.

Harsha, S. S.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

Hubner, J.

Jiang, H. T.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Kuhl, J.

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kuzmiak, V.

V. Kuzmiak and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 55, 7427 (1997).
[CrossRef]

Lee, T. K.

Lepeshkin, N. N.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

Lequime, M.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Lisyansky, A. A.

L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
[CrossRef]

Liu, X.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Livdan, D.

L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
[CrossRef]

Luberto, M.

Mahoney, L. J.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Manka, A. S.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Maradudin, A. A.

V. Kuzmiak and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 55, 7427 (1997).
[CrossRef]

McIntosh, K. A.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

McMahon, O. B.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Menon, V. M.

Molvar, K. M.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Nelson, R. L.

R. L. Nelson and R. W. Boyd, Appl. Phys. Lett. 74, 2417 (1999).
[CrossRef]

Pethel, A. S.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Piredda, G.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

Porel, S.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

Radhakrishanan, T. P.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

Rao, D. N.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

Rothschild, M.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Scalora, M.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

Schweinsberg, A.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

Shen, Y.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Singh, S.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

Sipe, J. E.

R. S. Bennink, Y. K. Yoon, R. W. Boyd, and J. E. Sipe, Opt. Lett. 24, 1416 (1999).
[CrossRef]

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

Smith, D. D.

Tayeb, G.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Tikhodeev, S. G.

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Valappil, N.

van Driel, H. M.

Verghese, S.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

Yoon, Y. K.

Yu, J.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Zhang, J. L.

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

Zhu, Z.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Zi, J.

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

K. A. McIntosh, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, O. B. McMahon, S. Verghese, M. Rothschild, and E. R. Brown, Appl. Phys. Lett. 70, 2937 (1997).
[CrossRef]

J. L. Zhang, H. T. Jiang, S. Enoch, G. Tayeb, B. Gralak, and M. Lequime, Appl. Phys. Lett. 92, 053104 (2008).
[CrossRef]

R. L. Nelson and R. W. Boyd, Appl. Phys. Lett. 74, 2417 (1999).
[CrossRef]

Chem. Mater.

S. Porel, S. Singh, S. S. Harsha, D. N. Rao, and T. P. Radhakrishanan, Chem. Mater. 17, 9 (2005).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. P. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377(1998).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

J. Phys. Condens. Matter

J. Yu, Y. Shen, X. Liu, R. Fu, J. Zi, and Z. Zhu, J. Phys. Condens. Matter 16, L51 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phil. Trans. R. Soc. A

J. C. M. Garnett, Phil. Trans. R. Soc. A 203, 385 (1904).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

V. Kuzmiak and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 55, 7427 (1997).
[CrossRef]

Phys. Rev. E

L. I. Deych, D. Livdan, and A. A. Lisyansky, Phys. Rev. E 57, 7254 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

N. N. Lepeshkin, A. Schweinsberg, G. Piredda, R. S. Bennink, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett. 93, 123902(2004).
[CrossRef] [PubMed]

A. Christ, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. Lett. 91, 183901 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Pure Appl. Opt.

R. W. Boyd, R. J. Gehry, G. L. Fishery, and J. E. Sipe, Pure Appl. Opt. 5, 505 (1996).
[CrossRef]

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Effective index of silver NPs synthesized using 80 mg of silver nitrate and 60 mg of PVA in 5.7 ml of water. The inset shows the absorbance spectrum of the film, showing the plasmon resonance at 418 nm .

Fig. 2
Fig. 2

(a) Schematic of 1D metal nano composite–dielectric photonic crystal, (b) results of transfer- matrix-based simulations carried out on such a structure consisting of alternating layers of silver nanocomposite and PMMA indicating modification of the reflection band near the plasmon resonance.

Fig. 3
Fig. 3

Angle dependent reflectivity on 1D metal–dielectric structure shows significant broadening of the reflection band as the band edge (dotted) of the Bragg peak approaches the plasmon resonance (dashed line).

Fig. 4
Fig. 4

Calculated Bloch phase for the metal nanocomposite–dielectric photonic crystal structure in the presence (red solid) and absence (black dashed) of ab sorption. With absorption present, the Bloch phase stays in the vicinity of π, explaining the broad reflection band observed experimentally.

Equations (2)

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

n c = ε eff ω 2 + i γ ω ω L 2 ω 2 + i γ ω ω T 2 ,
ε eff = ε h ε ( 1 + f ) + ε h ( 2 f ) ε ( 1 f ) + ε h ( 2 + f ) ; ω L 2 = ω p 2 ε ( 1 + f ) ε ( 1 + f ) + ε h ( 2 f ) ; ω T 2 = ω p 2 ε ( 1 f ) ε ( 1 f ) + ε h ( 2 + f )

Metrics