Abstract

We present a hydrogen sensor based on metallic photonic crystal slabs. Tungsten trioxide (WO3) is used as a waveguide layer below an array of gold nanowires. Hydrogen exposure influences the optical properties of this photonic crystal arrangement by gasochromic mechanisms, where the photonic crystal geometry leads to sharp spectral resonances. Measurements reveal a change of the transmission depending on the hydrogen concentration. Theoretical limits for the detection range and sensitivity of this approach are discussed.

© 2010 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. Christofides and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 68, R1(1990).
    [CrossRef]
  2. M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
    [CrossRef]
  3. S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
    [CrossRef]
  4. S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
    [CrossRef]
  5. K. Ito and T. Ohgami, Appl. Phys. Lett. 60, 938 (1992).
    [CrossRef]
  6. K. Lin, Y. Lu, J. Chen, R. Zheng, P. Wang, and H. Ming, Opt. Express 16, 18599 (2008).
    [CrossRef]
  7. E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
    [CrossRef]
  8. A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
    [CrossRef]
  9. K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
    [CrossRef]
  10. H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
    [CrossRef]
  11. S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
    [CrossRef]
  12. U. Kreibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, 1995).
  13. N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
    [CrossRef]
  14. N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).
  15. N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

2010

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

2009

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

2008

2006

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

2005

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

2004

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

2003

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

2000

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

1999

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

1997

K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
[CrossRef]

1995

U. Kreibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, 1995).

1992

K. Ito and T. Ohgami, Appl. Phys. Lett. 60, 938 (1992).
[CrossRef]

1990

C. Christofides and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 68, R1(1990).
[CrossRef]

Asakura, S.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Benson, D. K.

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Chen, J.

Cheong, H. M.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Christ, A.

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Christofides, C.

C. Christofides and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 68, R1(1990).
[CrossRef]

Deb, S. K.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Delaunay, J.-J.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Eigenthaler, U.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

Endo, K.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Fleischhauer, M.

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Giessen, H.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Gippius, N. A.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Grimes, C. A.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Guo, H. C.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Hentschel, M.

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

Hirscher, M.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

Ito, K.

K. Ito and T. Ohgami, Appl. Phys. Lett. 60, 938 (1992).
[CrossRef]

Kästel, J.

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Kreibig, U.

U. Kreibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, 1995).

Kuhl, J.

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Langguth, L.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Lee, S. H.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Lin, K.

Liu, N.

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Liu, P.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

Lu, Y.

Maeda, E.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Mandelis, A.

C. Christofides and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 68, R1(1990).
[CrossRef]

Mascarenhas, A.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Mesch, M.

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

Mikuriya, S.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Ming, H.

Mor, G. K.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Murayama, H.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Nakagawa, H.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Nau, D.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Ohgami, T.

K. Ito and T. Ohgami, Appl. Phys. Lett. 60, 938 (1992).
[CrossRef]

Okazaki, S.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Ong, K. G.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Paulose, M.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Pfau, T.

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Pitts, J. R.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

Radke, A.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Rottkay, K. V.

K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
[CrossRef]

Rubin, M.

K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
[CrossRef]

Smith, D.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

Sönnichsen, C.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

Stodolka, J.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Suda, A.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Tikhodeev, S. G.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Tomiuchi, Y.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Tracy, C. E.

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

Tsuji, N.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Varghese, O. K.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Vollmer, M.

U. Kreibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, 1995).

Wang, P.

Washiya, M.

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Weiss, T.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Wen, S.-J.

K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
[CrossRef]

Yamada, I.

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

Yang, X. L.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Zentgraf, T.

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Zhang, J.-G.

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

Zhang, X. P.

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Zheng, R.

Appl. Phys. B

H. C. Guo, D. Nau, A. Radke, X. P. Zhang, J. Stodolka, X. L. Yang, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Appl. Phys. B 81, 271 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

S. H. Lee, H. M. Cheong, J.-G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson, and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett. 74, 242 (1999).
[CrossRef]

E. Maeda, S. Mikuriya, K. Endo, I. Yamada, A. Suda, and J.-J. Delaunay, Appl. Phys. Lett. 95, 133504 (2009).
[CrossRef]

K. Ito and T. Ohgami, Appl. Phys. Lett. 60, 938 (1992).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

C. Christofides and A. Mandelis, J. Appl. Phys. 68, R1(1990).
[CrossRef]

S. H. Lee, H. M. Cheong, P. Liu, D. Smith, C. E. Tracy, A. Mascarenhas, J. R. Pitts, and S. K. Deb, J. Appl. Phys. 88, 3076 (2000).
[CrossRef]

Nano Lett.

N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).

N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).

Nanotechnol.

M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, C. A. Grimes, and K. G. Ong, Nanotechnol. 17, 398 (2006).
[CrossRef]

Nat. Mater.

N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nat. Mater. 8, 758 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express

Phys. Rev. B

A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
[CrossRef]

Sens. Actuators B

S. Okazaki, H. Nakagawa, S. Asakura, Y. Tomiuchi, N. Tsuji, H. Murayama, and M. Washiya, Sens. Actuators B 93, 142 (2003).
[CrossRef]

Thin Solid Films

K. V. Rottkay, M. Rubin, and S.-J. Wen, Thin Solid Films 306, 10 (1997).
[CrossRef]

Other

U. Kreibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, 1995).

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.


Metrics