Widely Tunable Infrared Antennas Using Free Carrier Refraction

Nano Letters

Volumn 15, Issue 12, 2015, Pages 8188-8193

  Lewi, Tomer ^a   Iyer, Prasad P ^a   Butakov, Nikita A ^a   Mikhailovsky, Alexander A ^b   Schuller, Jon A ^a  

^a University of California   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

free carrier refraction; Mie resonators; Optical antennas; semiconductor nanoparticles; silicon photonics; tunable metamaterials

Indexed keywords

ANTENNAS; ELECTROOPTICAL EFFECTS; METAMATERIALS; PHOTONICS; REFRACTION; RESONANCE; SEMICONDUCTING SILICON; SEMICONDUCTOR DOPING; TUNING;

FREE CARRIER REFRACTION; OPTICAL ANTENNAS; SEMICONDUCTOR NANOPARTICLES; SILICON PHOTONICS; TUNABLE METAMATERIALS;

CARRIER CONCENTRATION;

EID: 84949663168     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03679     Document Type: Article

References (51)

1. Schuller, J. A.; Barnard, E. S.; Cai, W.; Jun, Y. C.; White, J. S.; Brongersma, M. L. Nat. Mater. 2010, 9 (3) 193-204 10.1038/nmat2630
2. Gramotnev, D. K.; Bozhevolnyi, S. I. Nat. Photonics 2010, 4 (2) 83-91 10.1038/nphoton.2009.282
3. Ni, X. J.; Emani, N. K.; Kildishev, A. V.; Boltasseva, A.; Shalaev, V. M. Science 2012, 335 (6067) 427-427 10.1126/science.1214686
4. 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 (7452) 82-86 10.1038/nature12151
5. Akselrod, G. M.; Argyropoulos, C.; Hoang, T. B.; Ciraci, C.; Fang, C.; Huang, J. N.; Smith, D. R.; Mikkelsen, M. H. Nat. Photonics 2014, 8 (11) 835-840 10.1038/nphoton.2014.228
6. Curto, A. G.; Volpe, G.; Taminiau, T. H.; Kreuzer, M. P.; Quidant, R.; van Hulst, N. F. Science 2010, 329 (5994) 930-933 10.1126/science.1191922
7. Engheta, N. Science 2007, 317 (5845) 1698-1702 10.1126/science.1133268
8. Smith, D. R.; Pendry, J. B.; Wiltshire, M. C. K. Science 2004, 305 (5685) 788-792 10.1126/science.1096796
9. Yu, N. F.; Genevet, P.; Kats, M. A.; Aieta, F.; Tetienne, J. P.; Capasso, F.; Gaburro, Z. Science 2011, 334 (6054) 333-337 10.1126/science.1210713
10. Xu, T.; Agrawal, A.; Abashin, M.; Chau, K. J.; Lezec, H. J. Nature 2013, 497 (7450) 470-474 10.1038/nature12158
11. Valentine, J.; Zhang, S.; Zentgraf, T.; Ulin-Avila, E.; Genov, D. A.; Bartal, G.; Zhang, X. Nature 2008, 455 (7211) 376-U32 10.1038/nature07247
12. Gansel, J. K.; Thiel, M.; Rill, M. S.; Decker, M.; Bade, K.; Saile, V.; von Freymann, G.; Linden, S.; Wegener, M. Science 2009, 325 (5947) 1513-1515 10.1126/science.1177031
13. Suchowski, H.; OBrien, K.; Wong, Z. J.; Salandrino, A.; Yin, X. B.; Zhang, X. Science 2013, 342 (6163) 1223-1226 10.1126/science.1244303
14. Liu, S.; Sinclair, M. B.; Mahony, T. S.; Jun, Y. C.; Campione, S.; Ginn, J.; Bender, D. A.; Wendt, J. R.; Ihlefeld, J. F.; Clem, P. G.; Wright, J. B.; Brener, I. Optica 2014, 1 (4) 250-256 10.1364/OPTICA.1.000250
15. Staude, I.; Miroshnichenko, A. E.; Decker, M.; Fofang, N. T.; Liu, S.; Gonzales, E.; Dominguez, J.; Luk, T. S.; Neshev, D. N.; Brener, I.; Kivshar, Y. ACS Nano 2013, 7 (9) 7824-7832 10.1021/nn402736f
16. arXiv:1506.08267v1 [physics.optics].
17. Lin, D. M.; Fan, P. Y.; Hasman, E.; Brongersma, M. L. Science 2014, 345 (6194) 298-302 10.1126/science.1253213
18. Aieta, F.; Kats, M. A.; Genevet, P.; Capasso, F. Science 2015, 347 (6228) 1342-5 10.1126/science.aaa2494
19. Schuller, J. A.; Zia, R.; Taubner, T.; Brongersma, M. L. Phys. Rev. Lett. 2007, 99 (10) 107401 10.1103/PhysRevLett.99.107401
20. Zhao, Q.; Zhou, J.; Zhang, F. L.; Lippens, D. Mater. Today 2009, 12 (12) 60-69 10.1016/S1369-7021(09)70318-9
21. Cao, L. Y.; White, J. S.; Park, J. S.; Schuller, J. A.; Clemens, B. M.; Brongersma, M. L. Nat. Mater. 2009, 8 (8) 643-647 10.1038/nmat2477
22. Spinelli, P.; Verschuuren, M. A.; Polman, A. Nat. Commun. 2012, 3, 692 10.1038/ncomms1691
23. Schuller, J. A.; Taubner, T.; Brongersma, M. L. Nat. Photonics 2009, 3 (11) 658-661 10.1038/nphoton.2009.188
24. Garin, M.; Fenollosa, R.; Alcubilla, R.; Shi, L.; Marsal, L. F.; Meseguer, F. Nat. Commun. 2014, 5, 3440 10.1038/ncomms4440
25. Evlyukhin, A. B.; Novikov, S. M.; Zywietz, U.; Eriksen, R. L.; Reinhardt, C.; Bozhevolnyi, S. I.; Chichkov, B. N. Nano Lett. 2012, 12 (7) 3749-3755 10.1021/nl301594s
26. Kuznetsov, A. I.; Miroshnichenko, A. E.; Fu, Y. H.; Zhang, J. B.; Lukyanchuk, B. Sci. Rep. 2012, 2, 0392 10.1038/srep00492
27. Garcia-Etxarri, A.; Gomez-Medina, R.; Froufe-Perez, L. S.; Lopez, C.; Chantada, L.; Scheffold, F.; Aizpurua, J.; Nieto-Vesperinas, M.; Saenz, J. J. Opt. Express 2011, 19 (6) 4815-4826 10.1364/OE.19.004815
28. Evlyukhin, A. B.; Reinhardt, C.; Seidel, A.; Lukyanchuk, B. S.; Chichkov, B. N. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010, 82 (4) 045404 10.1103/PhysRevB.82.045404
29. Ginn, J. C.; Brener, I.; Peters, D. W.; Wendt, J. R.; Stevens, J. O.; Hines, P. F.; Basilio, L. I.; Warne, L. K.; Ihlefeld, J. F.; Clem, P. G.; Sinclair, M. B. Phys. Rev. Lett. 2012, 108 (9) 97402 10.1103/PhysRevLett.108.097402
30. Evlyukhin, A. B.; Eriksen, R. L.; Cheng, W.; Beermann, J.; Reinhardt, C.; Petrov, A.; Prorok, S.; Eich, M.; Chichkov, B. N.; Bozhevolnyi, S. I. Sci. Rep. 2014, 4, 4126 10.1038/srep04126
31. Moitra, P.; Yang, Y. M.; Anderson, Z.; Kravchenko, I. I.; Briggs, D. P.; Valentine, J. Nat. Photonics 2013, 7 (10) 791-795 10.1038/nphoton.2013.214
32. Bohren, C. F.; Huffman, D. R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles; Wiley: New York, 1983; p xiv.
33. Sautter, J.; Staude, I.; Decker, M.; Rusak, E.; Neshev, D. N.; Brener, I.; Kivshar, Y. S. ACS Nano 2015, 9, 4308-4315 10.1021/acsnano.5b00723
34. Soref, R.; Hendrickson, J.; Cleary, J. W. Opt. Express 2012, 20 (4) 3814-3824 10.1364/OE.20.003814
35. Jain, P. K.; Manthiram, K.; Engel, J. H.; White, S. L.; Faucheaux, J. A.; Alivisatos, A. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52 (51) 13671-13675 10.1002/anie.201303707
36. Hsu, S.-W.; Bryks, W.; Tao, A. R. Chem. Mater. 2012, 24 (19) 3765-3771 10.1021/cm302363x
37. Lira, H. L.; Manipatruni, S.; Lipson, M. Opt. Express 2009, 17 (25) 22271-80 10.1364/OE.17.022271
38. Makarov, S.; Kudryashov, S.; Mukhin, I.; Mozharov, A.; Milichko, V.; Krasnok, A.; Belov, P. Nano Lett. 2015, 15 (9) 6187-6192 10.1021/acs.nanolett.5b02534
39. Shcherbakov, M. R.; Vabishchevich, P. P.; Shorokhov, A. S.; Chong, K. E.; Choi, D. Y.; Staude, I.; Miroshnichenko, A. E.; Neshev, D. N.; Fedyanin, A. A.; Kivshar, Y. S. Nano Lett. 2015, 15 (10) 6985-90 10.1021/acs.nanolett.5b02989
40. Wu, C. H.; Arju, N.; Kelp, G.; Fan, J. A.; Dominguez, J.; Gonzales, E.; Tutuc, E.; Brener, I.; Shvets, G. Nat. Commun. 2014, 5, 3892 10.1038/ncomms4892
41. Meseguer, F.; Fenollosa, R.; Rodriguez, I.; Xifre-Perez, E.; Ramiro-Manzano, F.; Garin, M.; Tymczenko, M. J. Appl. Phys. 2011, 109 (10) 102424 10.1063/1.3581880
42. van de Groep, J.; Polman, A. Opt. Express 2013, 21 (22) 26285-302 10.1364/OE.21.026285
43. Markovich, D. L.; Ginzburg, P.; Samusev, A. K.; Belov, P. A.; Zayats, A. V. Opt. Express 2014, 22 (9) 10693-702 10.1364/OE.22.010693
44. Miroshnichenko, A. E.; Evlyukhin, A. B.; Kivshar, Y. S.; Chichkov, B. N. ACS Photonics 2015, 2 (10) 1423-1428 10.1021/acsphotonics.5b00117
45. Fu, Y. H.; Kuznetsov, A. I.; Miroshnichenko, A. E.; Yu, Y. F.; Lukyanchuk, B. Nat. Commun. 2013, 4, 1527 10.1038/ncomms2538
46. Thurber, W. R. The Relationship between Resistivity and Dopant Density for Phosphorus- and Boron-Doped Silicon; U.S. G.P.O.: Washington, D.C., 1981; p v.
47. Cuttriss, D. B. Bell Syst. Tech. J. 1961, 40 (2) 509 10.1002/j.1538-7305.1961.tb01627.x
48. Principles of semiconductor devices. http://ecee.colorado.edu/~bart/book/contents.htm (accessed 08/01/2015).
49. Kerker, M.; Wang, D. S.; Giles, C. L. J. Opt. Soc. Am. 1983, 73 (6) 765-767 10.1364/JOSA.73.000765
50. Person, S.; Jain, M.; Lapin, Z.; Saenz, J. J.; Wicks, G.; Novotny, L. Nano Lett. 2013, 13 (4) 1806-1809 10.1021/nl4005018
51. Iyer, P. P.; Butakov, N. A.; Schuller, J. A. ACS Photonics 2015, 2, 1077-1084 10.1021/acsphotonics.5b00132