journal article·2013-05-28Open access

Mechanisms of Fano Resonances in Coupled Plasmonic Systems

Andrea Lovera, Benjamin Gallinet, Peter Nordlander, Olivier J.F. Martin

ACS Nano· Volume 7· Issue 5

Abstract

Fano resonances in hybridized systems formed from the interaction of bright modes only are reported. Despite precedent works, we demonstrate theoretically and experimentally that Fano resonances can be obtained by destructive interference between two bright dipolar modes out of phase. A simple oscillator model is provided to predict and fit the far-field scattering. The predictions are verified with numerical calculations using a surface integral equation method for a wide range of geometrical parameters. The validity of the model is then further demonstrated with experimental dark-field scattering measurements on actual nanostructures in the visible range. A remarkable set of properties like crossings, avoided crossings, inversion of subradiant and superradiant modes and a plasmonic equivalent of a bound state in the continuum are presented. The nanostructure, that takes advantage of the combination of Fano resonance and nanogap effects, also shows high tunability and strong near-field enhancement. Our study provides a general understanding of Fano resonances as well as a simple tool for engineering their spectral features.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Plasmonic and Surface Plasmon Research · Optical Coatings and Gratings · Metamaterials and Metasurfaces Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Nanophotonics and Metrology Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), CH-1015 Lausanne, Switzerland

Department of Physics and Astronomy, Rice University, MS 61, Houston, Texas 77005, United States

References (68)

Show source-provided references
1. Maier S. A. · 200710.1007/0-387-37825-1 ↗
2. Prodan E. · Science · 2003 · 302 · 41910.1126/science.1089171 ↗
3. Jain P. K. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 1824310.1021/jp063879z ↗
4. Jain P. K. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 208010.1021/nl071008a ↗
5. Olk P. · Nano Lett. · 2008 · 8 · 117410.1021/nl080044m ↗
6. Jain P. K. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 495410.1021/jp7120356 ↗
7. Funston A. M. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 165110.1021/nl900034v ↗
8. Fan J. A. · Science · 2010 · 328 · 113510.1126/science.1187949 ↗
9. Hentschel M. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 272110.1021/nl101938p ↗
10. Davis T. J. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 261810.1021/nl101335z ↗
11. Hentschel M. · ACS Nano · 2011 · 5 · 204210.1021/nn103172t ↗
12. Woo K. C. · ACS Nano · 2011 · 5 · 597610.1021/nn2017588 ↗
13. Brandl D. W. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 106 · 1230210.1021/jp0613485 ↗
14. Fan J. A. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 468010.1021/nl1029732 ↗
15. Rahmani M. · Nano Lett. · 2012 · 6 · 210110.1021/nl3003683 ↗
16. Dregely D. · ACS Nano · 2011 · 5 · 820210.1021/nn202876k ↗
17. Verellen N. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 166310.1021/nl9001876 ↗
18. Miroshnichenko A. E. · Rev. Mod. Phys. · 2010 · 82 · 225710.1103/RevModPhys.82.2257 ↗
19. 10.1002/lpor.20120002110.1002/lpor.201200021 ↗
20. Liu N. · Science · 2011 · 332 · 140710.1126/science.1199958 ↗
21. Shao L. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 142410.1021/nl2041063 ↗
22. Gallinet B. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 49710.1021/nl303896d ↗
23. Verellen N. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 39110.1021/nl102991v ↗
24. Wu C. · Nat. Mater. · 2011 · 11 · 6910.1038/nmat3161 ↗
25. Ye J. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 166010.1021/nl3000453 ↗
26. Brown L. V. · ACS Nano · 2010 · 4 · 81910.1021/nn9017312 ↗
27. Hao F. · ACS Nano · 2009 · 3 · 64310.1021/nn900012r ↗
28. Liu S.-D. · ACS Nano · 2012 · 6 · 626010.1021/nn3017052 ↗
29. Sonnefraud Y. · ACS Nano · 2010 · 4 · 166410.1021/nn901580r ↗
30. Fischer H. · J. Eur. Opt. Soc. Rapid Publ. · 2008 · 3 · 0801810.2971/jeos.2008.08018 ↗
31. Kern A. M. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 48210.1021/nl1032588 ↗
32. Muhlschlegel P. · Science · 2005 · 308 · 160710.1126/science.1111886 ↗
33. Fischer H. · Opt. Express · 2008 · 16 · 914410.1364/OE.16.009144 ↗
34. Aćimović S. S. · ACS Nano · 2009 · 3 · 123110.1021/nn900102j ↗
35. Rosi N. L. · Chem. Rev. · 2005 · 105 · 154710.1021/cr030067f ↗
36. Zhang W. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 100610.1021/nl904168f ↗
37. Righini M. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 338710.1021/nl803677x ↗
38. Grigorenko A. N. · Nat. Photonics · 2008 · 2 · 36510.1038/nphoton.2008.78 ↗
39. Zhang W. H. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 1467210.1021/jp9042304 ↗
40. Reed J. M. · Opt. Lett. · 2011 · 36 · 438610.1364/OL.36.004386 ↗
41. Artar A. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 369410.1021/nl201677h ↗
42. Yang Z.-J. · App. Phys. Lett · 2010 · 96 · 13111310.1063/1.3378689 ↗
43. Yang Z.-J. · Opt. Lett. · 2011 · 36 · 154210.1364/OL.36.001542 ↗
44. Shafiei F. · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 9510.1038/nnano.2012.249 ↗
45. Fan S. · J. Opt. Soc. Am. A · 2003 · 20 · 56910.1364/JOSAA.20.000569 ↗
46. Ruan Z. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 732410.1021/jp9089722 ↗
47. Giannini V. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 283510.1021/nl201207n ↗
48. Gallinet B. · Phys. Rev. B · 2011 · 83 · 23542710.1103/PhysRevB.83.235427 ↗
49. Francescato Y. · ACS Nano · 2012 · 6 · 183010.1021/nn2050533 ↗
50. Joe Y. S. · Phys. Scr. · 2006 · 74 · 25910.1088/0031-8949/74/2/020 ↗
51. Rahmani M. · Opt. Express · 2011 · 19 · 494910.1364/OE.19.004949 ↗
52. Alzar C. L. G. · Am. J. Phys. · 2001 · 70 · 4
53. Klimov V. · 2012
54. Lassiter J. B. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 318410.1021/nl102108u ↗
55. Christ A. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 20140510.1103/PhysRevB.76.201405 ↗
56. Friedrich H. · Phys. Rev. A · 1985 · 31 · 396410.1103/PhysRevA.31.3964 ↗
57. Friedrich H. · Phys. Rev. A · 1985 · 32 · 323110.1103/PhysRevA.32.3231 ↗
58. Kern A. M. · J. Opt. Soc. Am. A · 2009 · 26 · 73210.1364/JOSAA.26.000732 ↗
59. Gallinet B. · Photonics Nanostruct.: Fundam. Appl. · 2010 · 8 · 27810.1016/j.photonics.2010.05.003 ↗
60. Johnson P. B. · Phys. Rev. B · 1972 · 6 · 437010.1103/PhysRevB.6.4370 ↗
61. Novotny L. · Am. J. Phys. · 2010 · 78 · 119910.1119/1.3471177 ↗
62. Kern A. M. · IEEE Trans. Antennas Propag. · 2010 · 58 · 215810.1109/TAP.2010.2046870 ↗
63. Zhang S. · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 109 · 19390210.1103/PhysRevLett.109.193902 ↗
64. Kats M. A. · Opt. Express · 2011 · 19 · 2174810.1364/OE.19.021748 ↗
65. Gallinet B. · Opt. Express · 2011 · 9 · 2216710.1364/OE.19.022167 ↗
66. Zhang W. · Phys. Rev. B · 2010 · 81 · 23340710.1103/PhysRevB.81.233407 ↗
67. Lassiter J. B. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 105810.1021/nl204303d ↗
68. Luk’yanchuk B. · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 70710.1038/nmat2810 ↗