Engineering of parallel plasmonic–photonic interactions for on-chip refractive index sensors

文献情報

出版日 2015-06-15
DOI 10.1039/C5NR03159A
インパクトファクター 7.79
著者

Linhan Lin, Yuebing Zheng


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要旨

Ultra-narrow linewidth in the extinction spectrum of noble metal nanoparticle arrays induced by the lattice plasmon resonances (LPRs) is of great significance for applications in plasmonic lasers and plasmonic sensors. However, the challenge of sustaining LPRs in an asymmetric environment greatly restricts their practical applications, especially for high-performance on-chip plasmonic sensors. Herein, we fully study the parallel plasmonic–photonic interactions in both the Au nanodisk arrays (NDAs) and the core/shell SiO2/Au nanocylinder arrays (NCAs). Different from the dipolar interactions in the conventionally studied orthogonal coupling, the horizontal propagating electric field introduces the out-of-plane “hot spots” and results in electric field delocalization. Through controlling the aspect ratio to manipulate the “hot spot” distributions of the localized surface plasmon resonances (LSPRs) in the NCAs, we demonstrate a high-performance refractive index sensor with a wide dynamic range of refractive indexes ranging from 1.0 to 1.5. Both high figure of merit (FOM) and high signal-to-noise ratio (SNR) can be maintained under these detectable refractive indices. Furthermore, the electromagnetic field distributions confirm that the high FOM in the wide dynamic range is attributed to the parallel coupling between the superstrate diffraction orders and the height-induced LSPR modes. Our study on the near-field “hot-spot” engineering and far-field parallel coupling paves the way towards improved understanding of the parallel LPRs and the design of high-performance on-chip refractive index sensors.

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Nanoscale

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Nanoscale is a high-impact international journal, publishing high-quality research across nanoscience and nanotechnology. Nanoscale publishes a full mix of research articles on experimental and theoretical work, including reviews, communications, and full papers. Highly interdisciplinary, Nanoscale appeals to scientists, researchers and professionals interested in nanoscience and nanotechnology, quantum materials and quantum technology, including the areas of physics, chemistry, biology, medicine, materials, energy/environment, information technology, detection science, healthcare and drug discovery, and electronics. For publication in Nanoscale, papers must report high-quality reproducible new work that will be of significant general interest to the journal's wide international readership. Nanoscale is a collaborative venture between the Royal Society of Chemistry Publishing and a leading nanoscience research centre, the National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) in Beijing, China. image block The journal publishes weekly issues, complementing and building on the nano content already published across the Royal Society of Chemistry Publishing journal portfolio. Since its launch in late 2009, Nanoscale has established itself as a platform for high-quality, cross-community research that bridges the various disciplines involved with nanoscience and nanotechnology, publishing important research from leading international research groups.

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