放射状異方性とカー非線形性を持つプラズモニックコーティングナノ粒子における光安定性と三安定性の実現

Realizing optical bistability and tristability in plasmonic coated nanoparticles with radial-anisotropy and Kerr-nonlinearity.

• X C Jiang
• Y W Zhou
• D L Gao
• Y Huang
• L Gao

抄録

非線形プラズモニックシェルと放射状異方性を持つ誘電体コアを含むプラズモニックコーティングナノスフェアにおける光学的双安定性と三安定性を理論的に研究している。自己矛盾しない平均場近似に基づいて、ローレンツ局所場を考慮したシェル内の局所場と印加された入射場との関係を確立する。1つまたは2つの光学的双安定性、さらには光学的三安定性が観測される。特に、2つの光学双安定性が存在する間には、2つの臨界幾何学的パラメータが存在します。物理的には、2つの光学的双安定性は、コーティングされたナノスフェアの内側と外側の界面にある2つの表面プラズモニック共鳴モードの励起に起因する。さらに、放射状異方性の関与は、光学的安定性を実現するために非常に重要である。反射率の磁場誘起チューニングの議論を進めることで、この非線形光学構造のマクロな特性が明らかになり、ナノスケールでの多安定性光デバイスの設計の可能性が見えてきた。

We theoretically study the optical bistability and tristability in plasmonic coated nanospheres containing the nonlinear plasmonic shell and the dielectric core with radial anisotropy. Based on self-consistent mean-field approximation, we establish the relationship between the local field in the shell and the applied incident field, taking into account the Lorentz local field. One or two optical bistabilities and even optical tristability can be observed. Especially, there are two critical geometric parameters between which two optical bistabilities exist. Physically, two optical bistablities result from the excitations of two surface plasmonic resonant modes in the inner and outer interfaces of coated nanospheres, which are well reflected from the spectral representation with two poles. Moreover, the involvement of the radial anisotropy is quite essential to realize the optical tristability. Further discussion on the field-induced tuning of the reflectance reveals the macroscopic properties of this nonlinear optical structure, which provides a potential candidate for designing multi-stable optical devices at the nanoscale.