Microcavity plasmonics: Strong coupling of photonic cavities and plasmons

Laser and Photonics Reviews

Volumn 7, Issue 2, 2013, Pages 141-169

  Ameling, Ralf ^a   Giessen, Harald ^a  

^a UNIVERSITY OF STUTTGART   (Germany)

Author keywords

Coupling; Microcavity; Plasmonics

Indexed keywords

ELECTRON OSCILLATIONS; FUTURE TECHNOLOGIES; LIGHT-MATTER INTERACTIONS; LOCALIZED PLASMONS; METALLIC NANOSTRUCTURE; PHOTONIC MICROCAVITIES; PLASMON EXCITATIONS; PLASMONICS;

COUPLINGS; ELECTROMAGNETISM; MICROCAVITIES; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NANOSTRUCTURES; PHASE SHIFT; PHASE SHIFTERS; PHOTOELECTRIC DEVICES; RESONATORS; SENSORS;

PLASMONS;

EID: 84874908656     PISSN: 18638880     EISSN: 18638899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/lpor.201100041     Document Type: Review

References (122)

1. J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. Ulin-Avila, D. A. Genov, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 455, 376 (2008).
2. J. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).
3. J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).
4. T. Ergin, N. Stenger, P. Brenner, J. B. Pendry, and M. Wegener, Science 328, 337 (2010).
5. P. Mühlschlegel, H. J. Eisler, O. J. F. Martin, B. Hecht, and D. W. Pohl, Science 308, 1607 (2005).
6. P. J. Schuck, D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, G. S. Kino, and W. E. Moerner, Phys. Rev. Lett. 94, 017402 (2005).
7. D. Dregely, R. Taubert, J. Dorfmüller, R. Vogelgesang, K. Kern, and H. Giessen, Nature Commun. 2, 267 (2011).
8. R. Zia, J. Schuller, A. Chandran, and M. Brongersma, Materials Today 9, 20 (2006).
9. D. Bergman and M. Stockman, Phys. Rev. Lett. 90, 027402 (2003).
10. R. F. Oulton, V. J. Sorger, T. Zentgraf, R. M. Ma, C. Gladden, L. Dai, G. Bartal, and X. Zhang, Nature 461, 629 (2009).
11. K. A. Willets and R. P. Van Duyne, Annu. Rev. Phys. Chem. 58, 267 (2007).
12. S. Lal, S. Link, and N. J. Halas, Nature Phot. 1, 641 (2007).
13. J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, and R. P. Van Duyne, Nature Mater. 7, 442 (2008).
14. N. Liu, H. Guo, L. Fu, S. Kaiser, H. Schweizer, and H. Giessen, Nature Mater. 7, 31 (2008).
15. S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. G. Requicha, Nature Mater. 2, 229 (2003).
16. N. Liu, T. Weiss, M. Mesch, L. Langguth, U. Eigenthaler, M. Hirscher, C. Sönnichsen, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 1103 (2010).
17. V. A. Podolskiy, A. K. Sarychev, and V. M. Shalaev, J. Nonlinear Opt. Phys. 11, 65 (2002).
18. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, J. F. Zhou, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Opt. Lett. 30, 3198 (2005).
19. A. Christ, Y. Ekinci, H. Solak, N. Gippius, S. Tikhodeev, and O. Martin, Phys. Rev. B 76, 201405(R) (2007).
20. A. Christ, O. J. F. Martin, Y. Ekinci, N. A. Gippius, and S. G. Tikhodeev, Nano Lett. 8, 2171 (2008).
21. G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden, Science 312, 892 (2006).
22. N. Liu, L. Fu, S. Kaiser, H. Schweizer, and H. Giessen, Adv. Mater. 20, 3859 (2008).
23. N. Liu, S. Kaiser, and H. Giessen, Adv. Mater. 20, 4521 (2008).
24. N. Liu and H. Giessen, Angew. Chemie Int. Ed. 49, 9838 (2010).
25. S. A. Maier, P. G. Kik, and H. A. Atwater, Appl. Phys. Lett. 81, 1714 (2002).
26. H. Liu, D. A. Genov, D. M. Wu, Y. M. Liu, J. M. Steele, C. Sun, S. N. Zhu, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 97, 243902 (2006).
27. M. Hentschel, M. Saliba, R. Vogelgesang, H. Giessen, A. P. Alivisatos, and N. Liu, Nano Lett. 10, 2721 (2010).
28. Y. A. Urzhumov, G. Shvets, J. A. Fan, F. Capasso, D. Brandl, and P. Nordlander, Opt. Express 15, 14129 (2007).
29. J. A. Fan, C. Wu, K. Bao, J. Bao, R. Bardhan, N. J. Halas, V. N. Manoharan, P. Nordlander, G. Shvets, and F. Capasso, Science 328, 1135 (2010).
30. A. Alù and N. Engheta, Phys. Rev. Lett. 104, 213902 (2010).
31. L. Zhao, K. L. Kelly, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 7343 (2003).
32. S. A. Maier, M. L. Brongersma, P. G. Kik, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 65, 193408 (2002).
33. L. Langguth and H. Giessen, Opt. Express 19, 22156 (2011).
34. E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, and P. Nordlander, Science 302, 419 (2003).
35. P. Nordlander, C. Oubre, E. Prodan, K. Li, and M. I. Stockman, Nano Lett. 4, 899 (2004).
36. V. A. Podolskiy, A. K. Sarychev, E. E. Narimanov, and V. M. Shalaev, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 7, 32 (2005).
37. C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F. Schmidt, J. Zhou, T. Koschny, and C. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 95, 203901 (2005).
38. T. P. Meyrath, T. Zentgraf, C. Rockstuhl, and H. Giessen, Appl. Phys. B 93, 107 (2008).
39. S. Tretyakov, Analytical Modeling in Applied Electromagnetics (Artech, 2003).
40. P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
41. M. L. Thèye, Phys. Rev. B 2, 3060 (1970).
42. M. A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell, S. E. Bell, R. R. Bell, R. W. Alexander Jr, and C. A. Ward, Appl. Opt. 22, 1099 (1983).
43. N. Liu, H. Guo, L. Fu, S. Kaiser, H. Schweizer, and H. Giessen, Adv. Mater. 19, 3628 (2007).
44. R. Taubert, R. Ameling, T. Weiss, A. Christ, and H. Giessen, Nano Lett. 11, 4421 (2011).
45. M. Scalora, M. J. Bloemer, A. S. Pethel, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and A. S. Manka, J. Appl. Phys. 83, 2377 (1998).
46. R. Taubert, D. Dregely, A. Christ, and H. Giessen, Nature Commun. 3, 691 (2012).
47. V. J. Sorger, R. F. Oulton, J. Yao, G. Bartal, and X. Zhang, Nano Lett. 9, 3489 (2009).
48. R. Perahia, T. P. M. Alegre, A. H. Safavi-Naeini, and O. Painter, Appl. Phys. Lett. 95, 201114 (2009).
49. J. Parsons, I. R. Hooper, W. L. Barnes, and J. R. Sambles, J. Mod. Opt. 56, 1199 (2009).
50. M. Barth, S. Schietinger, S. Fischer, J. Becker, N. Nüsse, T. Aichele, B. Löchel, C. Sönnichsen, and O. Benson, Nano Lett. 10, 891 (2010).
51. H. Altug, D. Englund, and J. Vuckovic, Nature Phys. 2, 484 (2006).
52. R. M. Ma, R. F. Oulton, V. J. Sorger, G. Bartal, and X. Zhang, Nature Mater. 10, 110 (2011).
53. R. J. Thompson, G. Rempe, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 1132 (1992).
54. K. H. Drexhage, Prog. Optics 12, 163 (1974).
55. J. Dintinger, S. Klein, F. Bustos, W. L. Barnes, and T. W. Ebbesen, Phys. Rev. B 71, 035424 (2005).
56. N. T. Fofang, T. H. Park, O. Neumann, N. A. Mirin, P. Nordlander, and N. J. Halas, Nano Lett. 8, 3481 (2008).
57. T. K. Hakala, J. J. Toppari, A. Kuzyk, M. Pettersson, H. Tikkanen, H. Kunttu, and P. Törmä, Phys. Rev. Lett. 103, 053602 (2009).
58. C. Weisbuch, M. Nishioka, A. Ishikawa, and Y. Arakawa, Phys. Rev. Lett. 69, 3314 (1992).
59. P. Meystre, Prog. Optics 30, 261 (1992).
60. G. Khitrova, H. M. Gibbs, F. Jahnke, M. Kira, and S. W. Koch, Rev. Mod. Phys. 71, 1591 (1999).
61. S. M. Ulrich, C. Gies, S. Ates, J. Wiersig, S. Reitzenstein, C. Hofmann, A. Löffler, A. Forchel, F. Jahnke, and P. Michler, Phys. Rev. Lett. 98, 043906 (2007).
62. J. P. Reithmaier, G. Sek, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).
63. T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
64. M. Hübner, J. Kuhl, T. Stroucken, A. Knorr, S. W. Koch, R. Hey, and K. Ploog, Phys. Rev. Lett. 76, 4199 (1996).
65. M. Hübner, J. P. Prineas, C. Ell, P. Brick, E. S. Lee, G. Khitrova, H. M. Gibbs, and S. W. Koch, Phys. Rev. Lett. 83, 2841 (1999).
66. R. Ameling and H. Giessen, Nano Lett. 10, 4394 (2010).
67. V. M. Shalaev, Nature Phot. 1, 41 (2007).
68. C. M. Soukoulis, S. Linden, and M. Wegener, Science 315, 47 (2007).
69. J. Zhou, T. Koschny, M. Kafesaki, and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B 80, 035109 (2009).
70. G. Khitrova, H. M. Gibbs, M. Kira, S. W. Koch, and A. Scherer, Nature Phys. 2, 81 (2006).
71. A. Boca, R. Miller, K. M. Birnbaum, A. D. Boozer, J. McKeever, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 93, 233603 (2004).
72. E. Peter, P. Senellart, D. Martrou, A. Lema?tre, J. Hours, J. M. Gerard, and J. Bloch, Phys. Rev. Lett. 95, 067401 (2005).
73. D. Lu, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, F. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang, Phys. Rev. B 77, 214302 (2008).
74. R. Ameling, D. Dregely, and H. Giessen, Opt. Lett. 36, 2218 (2011).
75. J. Cesario, R. Quidant, G. Badenes, and S. Enoch, Opt. Lett. 30, 3404 (2005).
76. W. Holland and D. Hall, Phys. Rev. Lett. 52, 1041 (1984).
77. W. Holland and D. Hall, Phys. Rev. B 27, 7765 (1983).
78. A. Christ, T. Zentgraf, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, J. Kuhl, and H. Giessen, Phys. Rev. B 74, 155435 (2006).
79. D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
80. S. G. Tikhodeev, A. L. Yablonskii, E. A. Muljarov, N. A. Gippius, and T. Ishihara, Phys. Rev. B 66, 045102 (2002).
81. T. Weiss, N. A. Gippius, S. G. Tikhodeev, G. Granet, and H. Giessen, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 114019 (2009).
82. E. Feigenbaum and M. Orenstein, Phys. Rev. Lett. 101, 163902 (2008).
83. J. Dorfmüller, R. Vogelgesang, R. T. Weitz, C. Rockstuhl, C. Etrich, T. Pertsch, F. Lederer, and K. Kern, Nano Lett. 9, 2372 (2009).
84. R. Ameling, L. Langguth, M. Hentschel, M. Mesch, P. V. Braun, and H. Giessen, Appl. Phys. Lett. 97, 253116 (2010).
85. A. J. Haes, L. Chang, W. L. Klein, and R. P. Van Duyne, J. Am. Chem. Soc. 127, 2264 (2005).
86. H. Liao, C. L. Nehl, and J. H. Hafner, Nanomedicine 1, 201 (2006).
87. K. M. Byun, J. Opt. Soc. Korea 14, 65 (2010).
88. A. A. Yanik, M. Huang, A. Artar, T. Y. Chang, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 96, 021101 (2010).
89. G. Mattei, P. Mazzoldi, M. L. Post, D. Buso, M. Guglielmi, and A. Martucci, Adv. Mater. 19, 561 (2007).
90. D. Nau, A. Seidel, R. B. Orzekowsky, S. H. Lee, S. Deb, and H. Giessen, Opt. Lett. 35, 3150 (2010).
91. E. M. Larsson, C. Langhammer, I. Zorić, and B. Kasemo, Science 326, 1091 (2009).
92. N. J. Halas, Nano Lett. 10, 3816 (2010).
93. J. J. Mock, D. R. Smith, and S. Schultz, Nano Lett. 3, 485 (2003).
94. J. Becker, A. Trügler, A. Jakab, U. Hohenester, and C. Sönnichsen, Plasmonics 5, 161 (2010).
95. A. J. Haes and R. P. Van Duyne, J. Am. Chem. Soc. 124, 10596 (2002).
96. N. Nath and A. Chilkoti, Anal. Chem. 74, 504 (2002).
97. J. Homola, Sensor. Actuat. B: Chem. 54, 3 (1999).
98. H. Chen, X. Kou, Z. Yang, W. Ni, and J. Wang, Langmuir 24, 5233 (2008).
99. L. J. Sherry, S. H. Chang, G. C. Schatz, R. P. Van Duyne, B. J. Wiley, and Y. Xia, Nano Lett. 5, 2034 (2005).
100. N. Liu, M. Mesch, T. Weiss, M. Hentschel, and H. Giessen, Nano Lett. 10, 2342 (2010).
101. C. Sönnichsen, T. Franzl, T. Wilk, G. von Plessen, and J. Feldmann, Phys. Rev. Lett. 88, 077402 (2002).
102. N. Liu, L. Langguth, T. Weiss, J. Kästel, M. Fleischhauer, T. Pfau, and H. Giessen, Nature Mater. 8, 758 (2009).
103. J. B. Lassiter, H. Sobhani, J. A. Fan, J. Kundu, F. Capasso, P. Nordlander, and N. J. Halas, Nano Lett. 10, 3184 (2010).
104. S. Zhang, D. A. Genov, Y. Wang, M. Liu, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 101, 047401 (2008).
105. R. D. Kekatpure, E. S. Barnard, W. Cai, and M. L. Brongersma, Phys. Rev. Lett. 104, 243902 (2010).
106. A. Artar, A. A. Yanik, and H. Altug, Appl. Phys. Lett. 95, 051105 (2009).
107. M. Huang, A. A. Yanik, T. Y. Chang, and H. Altug, Opt. Express 17, 24224 (2009).
108. A. Christ, T. Zentgraf, J. Kuhl, S. G. Tikhodeev, N. A. Gippius, and H. Giessen, Phys. Rev. B 70, 125113 (2004).
109. J. E. Bertie and Z. Lan, Appl. Spectrosc. 50, 1047 (1996).
110. Y. L. Yeh, Opt. Laser. Eng. 46, 666 (2008).
111. G. Gantzounis and N. Stefanou, Phys. Rev. B 74, 085102 (2006).
112. J. A. Dionne, H. J. Lezec, and H. A. Atwater, Nano Lett. 6, 1928 (2006).
113. M. Bora, B. J. Fasenfest, E. M. Behymer, A. S. P. Chang, H. T. Nguyen, J. A. Britten, C. C. Larson, J. W. Chan, R. R. Miles, and T. C. Bond, Nano Lett. 10, 2832 (2010).
114. Y. Gong and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 90, 033113 (2007).
115. K. J. Russell and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 97, 163115 (2010).
116. M. T. Hill, Y. S. Oei, B. Smalbrugge, Y. Zhu, T. de Vries, P. J. van Veldhoven, F. W. M. van Otten, T. J. Eijkemans, J. P. Turkiewicz, H. de Waardt, E. J. Geluk, S. H. Kwon, Y. H. Lee, R. Notzel, and M. K. Smit, Nature Phot. 1, 589 (2007).
117. B. Min, E. Ostby, V. Sorger, E. Ulin-Avila, L. Yang, X. Zhang, and K. Vahala, Nature 457, 455 (2009).
118. G. Scheibe, Angew. Chem. 50, 212 (1937).
119. E. E. Jelley, Nature 138, 1009 (1936).
120. D. Möbius, Adv. Mater. 7, 437 (1995).
121. R. Alvarez-Puebla, L. M. Liz-Marzán, and F. J. García De Abajo, J. of Phys. Chem. Lett. 1, 2428 (2010).
122. S. I. Shopova, R. Rajmangal, S. Holler, and A. Arnold, Appl. Phys. Lett. 98, 243104 (2011).