光局域化与超材料拓扑转变背后的局域场拓扑
光学
2015-02-12 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
我们通过研究 SPP 频率下光功率流的局域与全局特征，重新审视了控制表面等离激元极化子（SPP）模式中光亚波长空间局域化的机制。对瞬时坡印廷矢量的仔细检视揭示了在金属-介质界面处光涡旋——循环功率流的局域区域——的形成。结果，光能量通过金属与介质之间亚波长厚度的“传送带”循环，在那里它产生了高光学态密度（DOS）、紧致的光能量局域化，以及与 SPP 波相关的低群速度。金属-介质-金属波导中成键与反键 SPP 模式的形成，也可以方便地用两个金属界面之间局域功率流涡旋的不同空间排列来解释。最后，我们研究了由多层金属和介质薄膜组成的超材料中全局拓扑转变的潜在机制，即其等频面从椭球到双曲面的转变，且此转变不伴随晶格对称性的破缺。我们的分析表明，此类全局拓扑转变受光干涉场的局域拓扑特征（如涡旋和鞍点）的动态局域重排所支配，这种重排重新配置了超材料内的全局光功率流。这些关于等离激元光局域化和 DOS 调控的新见解不仅有助于解释 SPP 波的公认特性，还为各种实际应用中等离激元元件和材料的设计提供了有用指南。
引用
@article{arxiv.1502.03348,
title = {Local field topology behind light localization and metamaterial topological transitions},
author = {Jonathan Tong and Alvin Mercedes and Gang Chen and Svetlana V. Boriskina},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.03348},
year = {2015}
}
备注
25 pages, 9 figures, Ch. 8 of Singular and Chiral Nanoplasmonics (S.V. Boriskina and N.I. Zheludev Eds.) Pan Stanford, Singapore, 2014