Review on subwavelength confinement of light with plasmonics

Journal of Modern Optics

Volumn 57, Issue 16, 2010, Pages 1479-1497

  Lee, Byoungho ^a   Lee, Il Min ^a   Kim, Seyoon ^a   Oh, Dong Ho ^a   Hesselink, Lambertus ^b  

^a Seoul National University   (South Korea)

^b Stanford University   (United States)

Author keywords

light enhancement; optical aperture antenna; subwavelength optics; surface plasmon; surface plasmon polaritons; surface plasmon resonance

Indexed keywords

LIGHT ENHANCEMENT; OPTICAL APERTURE; SUB-WAVELENGTH OPTICS; SURFACE PLASMON; SURFACE PLASMON POLARITONS; SURFACE PLASMONS;

ANTENNAS; LIGHT; PHONONS; PHOTONS; QUANTUM THEORY; SOLIDS; SURFACE PLASMON RESONANCE;

PLASMONS;

EID: 77956921552     PISSN: 09500340     EISSN: 13623044     Source Type: Journal    
DOI: 10.1080/09500340.2010.506985     Document Type: Review

References (138)

1. Raether, H. Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings; Springer Verlag: Berlin, 1988.
2. Matsubara, K.; Kawata, S.; Minami, S. Appl. Opt. 1988, 27, 1160-1163.
3. Homola, J.; Yee, S.S.; Gauglitz, G. Sensors Actuators B Chem. 1999, 54, 3-15.
4. Brolo, A.G.; Gordon, R.; Leathem, B.; Kavanagh, K.L. Langmuir 2004, 20, 4813-4815.
5. Pompa, P.P.; Martiradonna, L.; Della Torre, A.; Della Sala, F.; Manna, L.; De Vittorio, M.; Calabi, F.; Cingolani, R.; Rinaldi, R. Nat. Nanotechnol. 2006, 1, 126-130.
6. Lee, B.; Roh, S.; Park, J. Opt. Fiber Technol. 2009, 15, 209-221.
7. Anker, J.; Hall, P.; Lyandres, O.; Shah, N.; Zhao, J.; Van Duyne, R. Nat. Mater. 2008, 7, 442-453.
8. Takahara, J.; Yamagishi, S.; Taki, H.; Morimoto, A.; Kobayashi, T. Opt. Lett. 1997, 22, 475-477.
9. Maier, S.A.; Brongersma, M.L.; Kik, P.G.; Meltzer, S.; Requicha, A.A.G.; Atwater, H.A. Adv. Mater. 2001, 13, 1501-1505.
10. Bozhevolnyi, S.I.; Volkov, V.S.; Devaux, E.; Laluet, J.Y.; Ebbesen, T.W. Nature 2006, 440, 508-511.
11. Dionne, J.A.; Sweatlock, L.A.; Atwater, H.A.; Polman, A. Phys. Rev. B 2006, 73, 035407.
12. Ozbay, E. Science 2006, 311, 189-193.
13. Mansuripur, M.; Zakharian, A.R.; Lesuffleur, A.; Oh, S.-H.; Jones, R.J.; Lindquist, N.C.; Im, H.; Kobyakov, A.; Moloney, J.V. Opt. Express 2009, 17, 14001-14014.
14. Barnes, W.L.; Dereux, A.; Ebbesen, T.W. Nature 2003, 424, 824-830.
15. Challener, W.A.; Peng, C.; Itagi, A.V.; Karns, D.; Peng, W.; Peng, Y.; Yang, X.; Zhu, X.; Gokemeijer, N.J.; Hsia, Y.T.; Ju, G.; Rottmayer, R.; Seigler, M.; Gage, E.C. Nat. Photonics 2009, 3, 220-224.
16. Zijlstra, P.; Chon, J.W.M.; Gu, M. Nature 2009, 459, 410-413.
17. Goto, K.; Kim, Y.J.; Kirigaya, T.; Masuda, Y. Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 2004, 43, 5814-5818.
18. Park, S.; Won Hahn, J. Opt. Express 2009, 17, 20203-20210.
19. Schuller, J.; Barnard, E.; Cai, W.; Jun, Y.; White, J.; Brongersma, M. Nat. Mater. 2010, 9, 193-204.
20. Bohren, C.; Huffman, D. Absorption and Scattering of Light by Small Particles; Wiley-Interscience: New York, 1998.
21. Park, Q.H. Contemp. Phys. 2009, 50, 407-423.
22. Alu, A.; Engheta, N. IEEE Trans. Antennas Propag. 2007, 55, 3027-3039.
23. Alu, A.; Engheta, N. J. Opt. Soc. Am. B 2007, 24, A89-A97.
24. Neubrech, F.; Kolb, T.; Lovrincic, R.; Fahsold, G.; Pucci, A.; Aizpurua, J.; Cornelius, T.W; Molares, T.; Neumann, R.; Karim, S. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 253104.
25. Taminiau, T.H.; Stefani, F.D.; Segerink, F.B.; Van Hulst, N.F. Nat. Photonics 2008, 2, 234-237.
26. Muhlschlegel, P.; Eisler, H.J.; Martin, O.J.F.; Hecht, B.; Pohl, D.W. Science 2005, 308, 1607-1609.
27. Taminiau, T.; Stefani, F.; van Hulst, N. Opt. Express 2008, 16, 10858-10866.
28. Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 266802.
29. Aizpurua, J.; Hanarp, P.; Sutherland, D.S.; Käll, M.; Bryant, G.W.; García de Abajo, F.J. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 057401.
30. Rechberger, W.; Hohenau, A.; Leitner, A.; Krenn, J.R.; Lamprecht, B.; Aussenegg, F.R. Opt. Commun. 2003, 220, 137-141.
31. Kim, S.; Jin, J.; Kim, Y.-J.; Park, I.-Y.; Kim, Y.; Kim, S.-W. Nature 2008, 453, 757-760.
32. Guo, H.C.; Meyrath, T.P.; Zentgraf, T.; Liu, N.; Fu, L.W.; Schweizer, H.; Giessen, H. Opt. Express 2008, 16, 7756-7766.
33. Rao, Z.; Hesselink, L.; Harris, J. Opt. Express 2007, 15, 10427-10438.
34. Born, M.; Wolf, E. Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, 7th ed.; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 1999.
35. García de Abajo, F.J.; Gómez-Medina, R.; Sáenz, J.J. Phys. Rev. E 2005, 72, 016608.
36. García de Abajo, F.J. Rev. Mod. Phys. 2007, 79, 1267-1290.
37. Wood, R.W. Proc. Phys. Soc. Lond. 1902, 18, 269-275.
38. Rayleigh, Lord. Proc. R. Soc. Lond. Ser. A 1907, 79, 399-416.
39. Pines, D. Rev. Mod. Phys. 1956, 28, 184-199.
40. Fano, U. J. Opt. Soc. Am. 1941, 31, 213-222.
41. Strutt, J.W. Phil. Mag. 1871, 41, 107-120, 274-279.
42. Mie, G. Ann. Phys. 1908, 330, 377-445.
43. Ebbesen, T.; Lezec, H.; Ghaemi, H.; Thio, T.; Wolff, P. Nature 1998, 391, 667-669.
44. Bethe, H.A. Phys. Rev. 1944, 66, 163-182.
45. Schroter, U.; Heitmann, D. Phys. Rev. B 1998, 58, 15419-15421.
46. Popov, E.; Neviere, M.; Enoch, S.; Reinisch, R. Phys. Rev. B 2000, 62, 16100-16108.
47. Barnes, W.L.; Murray, W.A.; Dintinger, J.; Devaux, E.; Ebbesen, T.W. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 107401.
48. Martin-Moreno, L.; Garcia-Vidal, F.J.; Lezec, H.J.; Pellerin, K.M.; Thio, T.; Pendry, J.B.; Ebbesen, T.W. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 1114-1117.
49. Liu, H.T.; Lalanne, P. Nature 2008, 452, 728-731.
50. Treacy, M.M.J. Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 606-608.
51. Treacy, M.M.J. Phys. Rev. B 2002, 66, 195105.
52. Lezec, H.J.; Thio, T. Opt. Express 2004, 12, 3629-3651.
53. Gay, G.; Alloschery, O.; De Lesegno, B.V.; O'Dwyer, C.; Weiner, J.; Lezec, H.J. Nat. Phys. 2006, 2, 262-267.
54. Nikitin, A.Y.; Rodrigo, S.G.; Garcia-Vidal, F.J.; Martin-Moreno, L. New J. Phys. 2009, 11, 123020.
55. Dai, W.; Soukoulis, C.M. Phys. Rev. B 2009, 80, 155407.
56. Lalanne, P.; Hugonin, J.P.; Liu, H.T.; Wang, B. Surf. Sci. Rep. 2009, 64, 453-469.
57. Cao, Q.; Lalanne, P. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 57403-57403.
58. Koerkamp, K.J.K.; Enoch, S.; Segerink, F.B.; van Hulst, N.F.; Kuipers, L. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 183901.
59. Bravo-Abad, J.; Fernandez-Dominguez, A.I.; Garcia-Vidal, F.J.; Martin-Moreno, L. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 203905.
60. Fang, X.; Li, Z.Y.; Long, Y.B.; Wei, H.X.; Liu, R.J.; Ma, J.Y.; Kamran, M.; Zhao, H.Y.; Han, X.F.; Zhao, B.R.; Qiu, X.G. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 066805.
61. Genet, C.; Ebbesen, T.W. Nature 2007, 445, 39-46.
62. Lee, J.W.; Seo, M.A.; Kang, D.H.; Khim, K.S.; Jeoung, S.C.; Kim, D.S. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 137401.
63. van der Molen, K.L.; Klein Koerkamp, K.J.; Enoch, S.; Segerink, F.B.; van Hulst, N.F.; Kuipers, L. Phys. Rev. B 2005, 72, 045421.
64. Degiron, A.; Lezec, H.J.; Barnes, W.L.; Ebbesen, T.W. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 4327-4329.
65. Garcia-Vidal, F.J.; Martin-Moreno, L.; Ebbesen, T.W.; Kuipers, L. Rev. Mod. Phys. 2010, 82, 729-787.
66. Shi, X.L.; Hesselink, L.; Thornton, R.L. Opt. Lett. 2003, 28, 1320-1322.
67. Degiron, A.; Lezec, H.J.; Yamamoto, N.; Ebbesen, T.W. Opt. Commun. 2004, 239, 61-66.
68. Shi, X.L.; Hesselink, L. J. Opt. Soc. Am. B 2004, 21, 1305-1317.
69. Yin, L.; Vlasko-Vlasov, V.K.; Rydh, A.; Pearson, J.; Welp, U.; Chang, S.H.; Gray, S.K.; Schatz, G.C.; Brown, D.B.; Kimball, C.W. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 467-469.
70. Lee, K.G.; Park, Q.H. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 103902.
71. Popov, E.; Bonod, N.; Neviere, M.; Rigneault, H.; Lenne, P.F.; Chaumet, P. Appl. Opt. 2005, 44, 2332-2337.
72. Popov, E.; Neviere, M.; Boyer, P.; Bonod, N. Opt. Commun. 2005, 255, 338-348.
73. Xu, J.Y.; Xu, T.J.; Wang, J.; Tian, Q. Opt. Eng. 2005, 44, 1825446.
74. Cubukcu, E.; Kort, E.A.; Crozier, K.B.; Capasso, F. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 093120.
75. Garcia-Vidal, F.J.; Martin-Moreno, L.; Moreno, E.; Kumar, L.K.S.; Gordon, R. Phys. Rev. B 2006, 74, 153411.
76. Gordon, R.; Kumar, L.K.S.; Brolo, A.G. IEEE Trans. Nanotechnol. 2006, 5, 291-294.
77. Bravo-Abad, J.; Martin-Moreno, L.; Garcia-Vidal, F.J. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2006, 12, 1221-1227.
78. Jin, E.X.; Xu, X. Appl. Phys. B 2006, 84, 3-9.
79. Alaverdyan, Y.; Sepulveda, B.; Eurenius, L.; Olsson, E.; Kall, M. Nat. Phys. 2007, 3, 884-889.
80. Jin, E.X.; Xu, X.F. J. Comput. Theoret. Nanosci. 2008, 5, 214-220.
81. Yang, L.; Du, C.; Luo, X. Appl. Phys. B 2008, 92, 53-59.
82. Kumar, V.D.; Asakawa, K. Photon. Nanostruct. Fundam. Appl. 2009, 7, 161-168.
83. Zakharian, A.R.; Mansuripur, M.; Moloney, J.V. Opt. Express 2004, 12, 2631-2648.
84. Jackson, J. Classical Electrodynamics, 3rd ed.; Wiley: New York, 1998.
85. Kang, J.H.; Choe, J.H.; Kim, D.S.; Park, Q.H. Opt. Express 2009, 17, 15652-15658.
86. Kang, J.H.; Kim, D.S.; Park, Q.H. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 093906.
87. Seo, M.A.; Park, H.R.; Koo, S.M.; Park, D.J.; Kang, J.H.; Suwal, O.K.; Choi, S.S.; Planken, P.C.M.; Park, G.S.; Park, N.K.; Park, Q.H.; Kim, D.S. Nat. Photonics 2009, 3, 152-156.
88. Lopatiuk-Tirpak, O.; Fathpour, S. Opt. Express 2009, 17, 23861-23866.
89. Barnard, E.S.; White, J.S.; Chandran, A.; Brongersma, M.L. Opt. Express 2008, 16, 16529-16537.
90. Rakic, A.; Djurisic, A.; Elazar, J.; Majewski, M. Appl. Opt. 1998, 37, 5271-5283.
91. Ordal, M.A.; Long, L.L.; Bell, R.J.; Bell, S.E.; Alexander, R.W.; Ward, C.A.; Bell, R.R. Appl. Opt. 1983, 22, 1099-1119.
92. Johnson, P.B.; Christy, R.W. Phys. Rev. B 1972, 6, 4370-4379.
93. Palik, E. Handbook of Optical Constants of Solids; Academic Press: New York, 1985.
94. Tang, L.; Miller, D.; Okyay, A.; Matteo, J.; Yuen, Y.; Saraswat, K.; Hesselink, L. Opt. Lett. 2006, 31, 1519-1521.
95. Ikkawi, R.; Amos, N.; Lavrenov, A.; Krichevsky, A.; Teweldebrhan, D.; Ghosh, S.; Balandin, A.A.; Litvinov, D.; Khizroev, S. J. Nanoelectron. Optoelectron. 2008, 3, 44-54.
96. Jin, E.X.; Xu, X.F. Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 2004, 43, 407-417.
97. Tanaka, K.; Tanaka, M. J. Microsc. (Oxford, U.K.) 2003, 210, 294-300.
98. Leen, J.B.; Hansen, P.; Cheng, Y.T.; Hesselink, L. Opt. Lett. 2008, 33, 2827-2829.
99. Jin, E.X.; Xu, X.F. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 111106.
100. Oskooi, A.F.; Roundy, D.; Ibanescu, M.; Bermel, P.; Joannopoulos, J.D.; Johnson, S.G. Comput. Phys. Commun. 2010, 181, 687-702.
101. Taflove, A.; Hagness, S. Computational Electrodynamics: The Finite-difference Time-domain Method; Artech House: Norwood, MA, 1995.
102. Shi, X. Resonant Optical Transmission Through a Single Sub-wavelength Aperture for Near Field Applications. Ph.D. Dissertation, Stanford University, 2003.
103. Hansen, P.; Hesselink, L.; Leen, B. Opt. Lett. 2007, 32, 1737-1739.
104. Shi, X.; Hesselink, L. Jpn. J. Appl. Phys. 2002, 41, 1632-1635.
105. Shi, X.; Thornton, R.L.; Hesselink, L. Proc. SPIE 2002, 4342, 320-327.
106. Helszajn, J. Ridge Waveguides and Passive Microwave Components; IEE: London, 2000.
107. Sundaramurthy, A.; Crozier, K.B.; Kino, G.S.; Fromm, D.P.; Schuck, P.J.; Moerner, W.E. Phys. Rev. B 2005, 72, 165409.
108. Biagioni, P.; Huang, J.S.; Duò, L.; Finazzi, M.; Hecht, B. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 256801.
109. Zhang, Z.; Weber-Bargioni, A.; Wu, S.W.; Dhuey, S.; Cabrini, S.; Schuck, P.J. Nano Lett. 2009, 9, 4505-4509.
110. Kim, S.; Lim, Y.; Kim, H.; Park, J.; Lee, B. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 013103.
111. Lee, B.; Kim, S.; Kim, H.; Lim, Y. Prog. Quantum Electron. 2009, 34, 47-87.
112. Kang, S.M.; Han, J.; Kim, T.; Park, N.C.; Park, K.S.; Min, B.K.; Park, Y.P. Opt. Express 2010, 18, 1576-1585.
113. Kim, H.; Park, J.; Cho, S.W.; Lee, S.Y.; Kang, M.; Lee, B. Nano Lett. 2010, 10, 529-536.
114. Kim, H.; Lee, B. Opt. Express 2008, 16, 8969-8980.
115. Volkov, V.S.; Gosciniak, J.; Bozhevolnyi, S.I.; Rodrigo, S.G.; Martin-Moreno, L.; Garcia-Vidal, F.J.; Devaux, E.; Ebbesen, T.W. New J. Phys. 2009, 11, 113043.
116. Choi, H.; Pile, D.; Nam, S.; Bartal, G.; Zhang, X. Opt. Express 2009, 17, 7519-7524.
117. Zheng, G.-G.; Shi, L.-X.; Wang, H.-L.; Li, X.-Y. Opt. Commun. 2009, 20, 4146-4151.
118. Lindquist, N.; Nagpal, P.; Lesuffleur, A.; Norris, D.; Oh, S.-H. Nano Lett. 2010, 10, 1369-1373.
119. Rao, Z.L.; Matteo, J.A.; Hesselink, L.; Harris, J.S. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 191110.
120. Gai, H.; Wang, J.; Tian, Q.; Xia, W.; Xu, X. Appl. Opt. 2007, 46, 7746-7750.
121. Talley, C.E.; Jackson, J.B.; Oubre, C.; Grady, N.K.; Hollars, C.W.; Lane, S.M.; Huser, T.R.; Nordlander, P.; Halas, N.J. Nano Lett. 2005, 5, 1569-1574.
122. Fromm, D.; Sundaramurthy, A.; Kinkhabwala, A.; Schuck, J.; Kino, G.; Moerner, W.E. J. Chem. Phys. 2006, 124, 061101.
123. Ishi, T.; Fujikata, J.; Makita, K.; Baba, T.; Ohashi, K. Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 2005, 44, L364-L366.
124. Fujikata, J.; Nishi, K.; Gomyo, A.; Ushida, J.; Ishi, T.; Yukawa, H.; Okamoto, D.; Nakada, M.; Shimizu, T.; Kinoshita, M.; Nose, K.; Mizuno, M.; Tsuchizawa, T.; Watanabe, T.; Yamada, K.; Itabashi, S.; Ohashi, K. IEICE Trans. Electron. 2008, E91C, 131-137.
125. Laux, E.; Genet, C.; Skauli, T.; Ebbesen, T.W. Nat. Photonics 2008, 2, 161-164.
126. Gan, C.H.; Gbur, G. Opt. Express 2006, 14, 2385-2397.
127. Ng, M.Y.; Liu, W.C. Opt. Express 2005, 13, 9422-9430.
128. Mansfield, S.M.; Studenmund, W.R.; Kino, G.S.; Osato, K. Opt. Lett. 1993, 18, 305-307.
129. Terris, B.D.; Mamin, H.J.; Rugar, D.; Studenmund, W.R.; Kino, G.S. Appl. Phys. Lett. 1994, 65, 388-390.
130. Zhang, Y.J. J. Opt. Soc. Am. A 2006, 23, 2132-2136.
131. Milster, T.D.; Shimura, K.; Jo, J.S.; Hirota, K. Opt. Lett. 1999, 24, 605-607.
132. Synge, E.H. Philos. Mag. 1928, 6, 356-362.
133. Pohl, D.W.; Denk, W.; Lanz, M. Appl. Phys. Lett. 1984, 44, 651-653.
134. Lewis, A.; Isaacson, M.; Harootunian, A.; Muray, A. Ultramicroscopy 1984, 13, 227-231.
135. Betzig, E.; Trautman, J. Science 1992, 257, 189-195.
136. Kim, J.; Song, K. Micron 2007, 38, 409-426.
137. Pan, L.; Bogy, D.B. Nat. Photonics 2009, 3, 186-187.
138. Kryder, M.H.; Gage, E.C.; McDaniel, T.W.; Challener, W.A.; Rottmayer, R.E.; Ju, G.P.; Hsia, Y.T.; Erden, M.F. Proc. IEEE 2008, 96, 1810-1835.