Atomistic near-field nanoplasmonics: Reaching atomic-scale resolution in nanooptics

Nano Letters

Volumn 15, Issue 5, 2015, Pages 3410-3419

  Barbry, M ^a   Koval, P ^a   Marchesin, F ^a   Esteban, R ^a   Borisov, A G ^b   Aizpurua, J ^a   Sanchez Portal D ^a  

^a CENTRO MIXTO CSIC UPV EHU   (Spain)

^b INSTITUT DES SCIENCES MOLÉCULAIRES D ORSAY   (France)

Author keywords

DFT ab initio calculations; field enhancement; optical response; Plasmonic nanoantennas; TDDFT

Indexed keywords

ATOMS; CALCULATIONS; DIMERS; ELECTRIC DRIVES; ELECTROMAGNETIC FIELDS; METAMATERIAL ANTENNAS; NANOANTENNAS; NANOPARTICLES; PLASMONS; QUANTUM THEORY;

AB INITIO CALCULATIONS; ATOMIC-SCALE RESOLUTION; FIELD ENHANCEMENT; NANOPARTICLES MORPHOLOGY; OPTICAL RESPONSE; QUANTUM-MECHANICAL CALCULATION; TDDFT; TIME DEPENDENT DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 84929180022     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00759     Document Type: Article

References (102)

1. Oldenburg, S. J.; Averitt, R. D.; Westcott, S. L.; Halas, N. J. Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 243-247
2. Xu, H.; Bjerneld, E. J.; Käll, M.; Börjesson, L. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 4357-4360
3. Romero, I.; Aizpurua, J.; Bryant, G. W.; García de Abajo, F. J. Opt. Express 2006, 14, 9988-9999
4. Willets, K. A.; van Duyne, R. P. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 267-297
5. Pelton, M.; Aizpurua, J.; Bryant, G. Laser Photonics Rev. 2008, 2, 136-159
6. Alvarez-Puebla, R.; Liz-Marzán, L. M.; García de Abajo, F. J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2428-2434
7. Moskovits, M. Rev. Mod. Phys. 1985, 57, 783-826
8. Nie, S.; Emory, S. R. Science 1997, 275, 1102-1106
9. Neubrech, F.; Pucci, A.; Cornelius, T.; Karim, S.; García-Etxarri, A.; Aizpurua, J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 157403
10. Le Ru, E. C.; Etchegoin, P. G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 65-87
11. Atwater, H. A.; Polman, A. Nat. Mater. 2010, 9, 205-213
12. Linic, S.; Christopher, P.; Ingram, D. B. Nat. Mater. 2011, 10, 911-921
13. MacDonald, K. F.; Sámson, Z. L.; Stockman, M. I.; Zheludev, N. I. Nat. Photonics 2008, 3, 55-58
14. Large, N.; Abb, M.; Aizpurua, J.; Muskens, O. L. Nano Lett. 2010, 10, 1741-1746
15. Berrier, A.; Ulbricht, R.; Bonn, M.; Rivas, J. G. Opt. Express 2010, 18, 23226-23235
16. Chen, J.; Badioli, M.; Alonso-González, P.; Thongrattanasiri, S.; Huth, F.; Osmond, J.; Spasenović, M.; Centeno, A.; Pesquera, A.; Godignon, P.; Zurutuza Elorza, A.; Camara, N.; García de Abajo, F. J.; Hillenbrand, R.; Koppens, F. H. L. Nature 2012, 487, 77-81
17. Lal, S.; Clare, S. E.; Halas, N. J. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1842-1851
18. Link, S.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8410-8426
19. Jin, R.; Cao, Y.; Mirkin, C. A.; Kelly, K. L.; Schatz, G. C.; Zheng, J. G. Science 2001, 294, 1901-1903
20. Averitt, R.; Sarkar, D.; Halas, N. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 4217-4220
21. Aizpurua, J.; Hanarp, P.; Sutherland, D.; Kall, M.; Bryant, G. W.; García de Abajo, F. J. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 057401
22. Aizpurua, J.; Bryant, G. W.; Richter, L. J.; García de Abajo, F. J.; Kelley, B. K.; Mallouk, T. Phys. Rev. B 2005, 71, 235420
23. Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 266802
24. Dorfmüller, J.; Vogelgesang, R.; Weitz, R. T.; Rockstuhl, C.; Etrich, C.; Pertsch, T.; Lederer, F.; Kern, K. Nano Lett. 2009, 9, 2372-2377
25. Funston, A. M.; Novo, C.; Davis, T. J.; Mulvaney, P. Nano Lett. 2009, 9, 1651-1658
26. Hao, F.; Nehl, C. L.; Hafner, J. H.; Nordlander, P. Nano Lett. 2007, 7, 729-732
27. Novikov, S. M.; Sánchez-Iglesias, A.; Schmidt, M. K.; Chuvilin, A.; Aizpurua, J.; Grzelczak, M.; Liz-Marzán, L. M. Part. Part. Syst. Charact. 2014, 31, 77-80
28. Su, K.-H.; Wei, Q.-H.; Zhang, X.; Mock, J. J.; Smith, D. R.; Schultz, S. Nano Lett. 2003, 3, 1087-1090
29. Rechberger, W.; Hohenau, A.; Leitner, A.; Krenn, J. R.; Lamprecht, B.; Aussenegg, F. R. Opt. Commun. 2003, 220, 137-141
30. Fan, J. A.; Wu, C.; Bao, K.; Bao, J.; Bardhan, R.; Halas, N. J.; Manoharan, V. N.; Nordlander, P.; Shvets, G.; Capasso, F. Science 2010, 328, 1135-1138
31. Hentschel, M.; Saliba, M.; Vogelgesang, R.; Giessen, H.; Alivisatos, A. P.; Liu, N. Nano Lett. 2010, 10, 2721-2726
32. Kelly, K. L.; Coronado, E.; Zhao, L. L.; Schatz, G. C. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 668-677
33. Schnell, M.; García-Etxarri, A.; Huber, A. J.; Crozier, K.; Aizpurua, J.; Hillenbrand, R. Nat. Photonics 2009, 3, 287-291
34. Halas, N. J.; Lal, S.; Chang, W.-S.; Link, S.; Nordlander, P. Chem. Rev. 2011, 111, 3913-3961
35. Mühlschlegel, P.; Eisler, H.-J.; Martin, O. J. F.; Hecht, B.; Pohl, D. W. Science 2005, 308, 1607-1609
36. Novotny, L.; van Hulst, N. Nat. Photonics 2011, 5, 83-90
37. Kern, J.; Großmann, S.; Tarakina, N. V.; Häckel, T.; Emmerling, M.; Kamp, M.; Huang, J.-S.; Biagioni, P.; Prangsma, J. C.; Hecht, B. Nano Lett. 2012, 12, 5504-5509
38. Ward, D. R.; Hüser, F.; Pauly, F.; Cuevas, J. C.; Natelson, D. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 732-736
39. Sigle, D. O.; Mertens, J.; Herrmann, L. O.; Bowman, R. W.; Ithurria, S.; Dubertret, B.; Shi, Y.; Yang, H. Y.; Tserkezis, C.; Aizpurua, J.; Baumberg, J. J. ACS Nano 2015, 9, 825-830
40. Danckwerts, M.; Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 026104
41. Grillet, N.; Manchon, D.; Bertorelle, F.; Bonnet, C.; Broyer, M.; Cottancin, E.; Lermé, J.; Hillenkamp, M.; Pellarin, M. ACS Nano 2011, 5, 9450-9462
42. Sun, M.; Xu, H. Small 2012, 8, 2777-2786
43. Christopher, P.; Xin, H.; Marimuthu, A.; Linic, S. Nat. Mater. 2012, 11, 1044-1050
44. Mukherjee, S.; Libisch, F.; Large, N.; Neumann, O.; Brown, L. V.; Cheng, J.; Lassiter, J. B.; Carter, E. A.; Nordlander, P.; Halas, N. J. Nano Lett. 2013, 13, 240-247
45. Baffou, G.; Quidant, R. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 3898-3907
46. Kneipp, K.; Wang, Y.; Kneipp, H.; Perelman, L.; Itzkan, I.; Dasari, R.; Feld, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1667-1670
47. Kühn, S.; Håkanson, U.; Rogobete, L.; Sandoghdar, V. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 017402
48. Anger, P.; Bharadwaj, P.; Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 113002
49. Zhang, R.; Zhang, Y.; Dong, Z. C.; Jiang, S.; Zhang, C.; Chen, L. G.; Zhang, L.; Liao, Y.; Aizpurua, J.; Luo, Y.; Yang, J. L.; Hou, J. G. Nature 2013, 498, 82-86
50. Ozbay, E. Science 2006, 311, 189-193
51. Huang, J.-S.; Feichtner, T.; Biagioni, P.; Hecht, B. Nano Lett. 2009, 9, 1897-1902
52. Prangsma, J. C.; Kern, J.; Knapp, A. G.; Grossmann, S.; Emmerling, M.; Kamp, M.; Hecht, B. Nano Lett. 2012, 12, 3915-3919
53. Stolz, A.; Berthelot, J.; Mennemanteuil, M.-M.; Colas des Francs, G.; Markey, L.; Meunier, V.; Bouhelier, A. Nano Lett. 2014, 14, 2330-2338
54. Runge, E.; Grosss, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000
55. Parr, R. G.; Weitao, Y. Density-functional theory of atoms and molecules; Oxford University Press: Oxford, 1989.
56. Feibelman, P. J. Phys. Rev. B 1975, 12, 1319-1336
57. Liebsch, A.; Schaich, W. L. Phys. Rev. B 1995, 52, 14219-14234
58. Teperik, T. V.; Nordlander, P.; Aizpurua, J.; Borisov, A. G. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 263901
59. Monreal, R. C.; Antosiewicz, T. J.; Apell, S. New J. Phys. 2013, 15, 083044
60. Negre, C. F. A.; Perassi, E. M.; Coronado, E. A.; Sánchez, C. G. J. Phys.: Condens. Matter 2013, 25, 125304
61. Iida, K.; Noda, M.; Ishimura, K.; Nobusada, K. J. Phys. Chem. A 2014, 118, 11317-11322
62. Zuloaga, J.; Prodan, E.; Nordlander, P. Nano Lett. 2009, 9, 887-891
63. Marinica, D. C.; Kazansky, A. K.; Nordlander, P.; Aizpurua, J.; Borisov, A. G. Nano Lett. 2012, 12, 1333-1339
64. Zhang, P.; Feist, J.; Rubio, A.; García-González, P.; García-Vidal, F. J. Phys. Rev. B 2014, 90, 161407
65. Gersten, J.; Nitzan, A. J. Chem. Phys. 1980, 73, 3023-3037
66. Novotny, L.; Bian, R.; Xie, X. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 645-648
67. Le, F.; Brandl, D. W.; Urzhumov, Y. A.; Wang, H.; Kundu, J.; Halas, N. J.; Aizpurua, J.; Nordlander, P. ACS Nano 2008, 2, 707-718
68. Zuloaga, J.; Prodan, E.; Nordlander, P. ACS Nano 2010, 4, 5269-5276
69. Payton, J. L.; Morton, S. M.; E, M. J.; Jensen, L. J. Chem. Phys. 2012, 136, 214103
70. Yano, T.-a.; Ichimura, T.; Kuwahara, S.; HDhili, F.; Uetsuki, K.; Okuno, Y.; Verma, P.; Kawata, S. Nat. Commun. 2013, 4, 2592
71. Deckert-Gaudig, T.; Deckert, V. Small 2009, 16, 432-436
72. Payton, J. L.; Morton, S. M.; E, M. J.; Jensen, L. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 88-99
73. Vang, R. T.; Honkala, K.; Dhal, S.; Vestergaard, E. K.; Schandt, J.; Laegsgaard, E.; Clausen, B. S.; Norskov, J. K.; Besenbacher, F. Nature 2005, 4, 160-162
74. Woodruff, D. P., Ed. Atomic clusters: From Gas Phase to Deposited; The Chemical Physics of Solid Surfaces, 12; Elsevier Science: Amsterdam, 2007.
75. Heiz, U.; Landman, U., Eds. Nanocatalysis; NanoScience and Technology; Springer: Berlin, 2007.
76. Jang, T.; Mowbray, D. J.; Dobrin, S.; Falsing, H.; Hvolbaek, B.; Bligaard, T.; Norskov, J. K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10548-10553
77. Murrell, J. N.; Mottram, R. E. Mol. Phys. 1990, 69, 571-585
78. Noya, E. G.; Doye, J. P. K.; Wales, D. J.; Aguado, A. Eur. Phys. J. D 2007, 43, 57-60
79. The initial structure of the Na380 cluster was download from the Cambridge Cluster Database. Wales, D. J.; Doye, J. P. K.; Dullweber, A.; Hodges, M. P.; Naumkin, F. Y.; Calvo, F.; Hernández-Rojas, J.; Middleton, T. F. http://www-wales.ch.cam.ac.uk/CCD.html.
80. Sánchez-Portal, D.; Ordejón, P.; Artacho, E.; Soler, J. M. Int. J. Quantum Chem. 1997, 65, 453-461
81. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; García, A.; Junquera, J.; Ordejón, P.; Sánchez-Portal, D. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745-2779
82. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133-A1138
83. Cohen, M. L.; Dacorogna, M. M. Phys. Rev. B 1986, 34, 4996-5002
84. Koval, P.; Foerster, D.; Coulaud, O. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2654-2668
85. Koval, P.; Foerster, D.; Coulaud, O. Phys. Status Solidi B 2010, 247, 1841-1848
86. Foerster, D.; Koval, P. J. Chem. Phys. 2009, 131, 044103
87. Manjavacas, A.; Marchesin, F.; Thongrattanasiri, S.; Koval, P.; Nordlander, P.; Sánchez-Portal, D.; García de Abajo, F. J. ACS Nano 2013, 7, 3635-3643
88. Mie, G. Ann. Phys.(Leipzig) 1908, 25, 377-445
89. Friedel, J. Philos. Mag. 1952, 43, 153-189
90. Martin, O. J. F.; Girard, C. Appl. Phys. Lett. 1997, 70, 705-707
91. Li, K.; Stockman, M. I.; Bergman, D. J. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 227402
92. VKravets, V. G.; Zoriniants, G.; Burrows, C. P.; Schedin, F.; Casiraghi, C.; Klar, P.; Geim, A. K.; Barnes, W. L.; Grigorenko, A. N. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 246806
93. Höpener, C.; Lapin, Z. J.; Bharadwaj, P.; Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 017402
94. Nordlander, P.; Oubre, C.; Prodan, E.; Li, K.; Stockman, M. I. Nano Lett. 2004, 4, 899-903
95. Esteban, R.; Borisov, A. G.; Nordlander, P.; Aizpurua, J. Nat. Commun. 2012, 3, 825
96. Pérez-González, O.; Zabala, N.; Borisov, A. G.; Halas, N. J.; Nordlander, P.; Aizpurua, J. Nano Lett. 2010, 10, 3090-3095
97. Dombi, P.; Hörl, A.; Rácz, P.; Márton, I.; Trügler, A.; Krenn, J. R.; Hohenester, U. Nano Lett. 2013, 13, 674-678
98. Savage, K. J.; Hawkeye, M. M.; Esteban, R.; Borisov, A. G.; Aizpurua, J.; Baumberg, J. J. Nature 2012, 491, 574-577
99. Ding, B.; Deng, Z.; Yan, H.; Cabrini, S.; Zuckermann, R. N.; Bokor, J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3248-3249
100. Pettinger, B.; Schambach, P.; Villagómez, C. J.; Scott, N. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 379-399
101. Hartschuh, A.; Sánchez, E.; Xie, X.; Novotny, L. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 095503
102. Gerton, J. M.; Wade, L. A.; Lessard, G. A.; Ma, Z.; Quake, S. R. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 180801