Anomalous Picosecond Optical Transmittance Dynamics in Au-Bi:YIG Hybrid Metasurface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The sub- and picosecond optical response dynamics of the metal–dielectric metasurface based on gold nanospheres placed in a layer of bismuth-substituted yttrium iron garnet has been studied via the pump–probe femtosecond spectroscopy with time resolution. It is shown that the plasmon modes of the metasurface demonstrate bulk gold dynamics, while the observed relaxation of the polariton mode is slowed down by several picoseconds. The difference arise because of the detection of different processes at the wavelengths of the plasmon and polariton modes by the probe beam.

About the authors

M. A. Kir'yanov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: fedyanin@nanolab.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

G. S. Ostanin

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: fedyanin@nanolab.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

T. V. Dolgova

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: fedyanin@nanolab.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

M. Inoue

Department of Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology

Email: fedyanin@nanolab.phys.msu.ru
1-1 Tempaku-cho, 441-8580, Toyohashi, Aichi, Japan

A. A. Fedyanin

Faculty of Physics, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: fedyanin@nanolab.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. A. I. Kuznetsov, A.E. Miroshnichenko, M. L. Brongersma, Y. S. Kivshar, B. S. Luk'yanchuk, Sciense 354, aag2472 (2016).
  2. M.R. Shcherbakov, S. Liu, V.V. Zubyuk, A. Vaskin, P.P. Vabishchevich, G. Keeler, T. Pertsch, T.V. Dolgova, I. Staude, I. Brener, and A.A. Fedyanin, Nat. Commun. 8, 17 (2017).
  3. N. Meinzer, W. L. Barnes, and I.R. Hooper, Nature Photon. 8, 889 (2014).
  4. D. Rodrigo, A. Tittl, N. Ait-Bouziad, A. John-Herpin, O. Limaj, C. Kelly, D. Yoo, N. J. Wittenberg, S.-H. Oh, H.A. Lashuel, and H. Altug, Nat. Commun. 9, 2160 (2018).
  5. D. Ray, T.V. Raziman, C. Santschi, D. Etezadi, H. Altug, and O. J. F. Martin, Nano Lett. 20, 8752 (2020).
  6. Z. Wang, Y. Xiao, K. Liao, T. Li, H. Song, H. Chen, S.M. Z. Uddin, D. Mao, F. Wang, Z. Zhou, B. Yuan, W. Jiang, N.K. Fontaine, A. Agrawal, A.E. Willner, and X. Hu, Nanophotonics 11, 3531 (2022).
  7. A. S. Ustinov, A. S. Shorokhov, and D.A. Smirnova, JETP Lett. 114, 719 (2021).
  8. S. Makarov, A. Furasova, E. Tiguntseva, A. Hemmetter, A. Berestennikov, A. Pushkarev, A. Zakhidov, and Y. Kivshar, Adv. Opt. Mater. 7, 1800784 (2019).
  9. C. Wu, H. Yu, S. Lee, R. Peng, I. Takeuchi, and M. Li, Nat. Commun. 12, 1 (2021).
  10. X. Zhang, Y. Zhou, H. Zheng, A.E. Linares, F.C. Ugwu, D. Li, H.-B. Sun, B. Bai, and J.G. Valentine, Nano Lett. 21, 8715 (2021).
  11. K. I. Okhlopkov, A. Zilli, A. Tognazzi, D. Rocco, L. Fagiani, E. Mafakheri, M. Bollani, M. Finazzi, M. Celebrano, M.R. Shcherbakov, C.D. Angelis, and A.A. Fedyanin, Nano Lett. 21, 10438 (2021).
  12. F. Qin, L. Ding, L. Zhang, F. Monticone, C.C. Chum, J. Deng, S. Mei, Y. Li, J. Teng, M. Hong, S. Zhang, A. Alu, and C.-W. Qiu, Sci. Adv. 2, e1501168 (2016).
  13. А.Д. Гартман, А.С. Устинов, А.С. Шорохов, А.А. Федянин, Письма в ЖЭТФ 114, 509 (2021).
  14. S. Lepeshov and A. Krasnok, Nat. Nanotechnol. 16, 615 (2021).
  15. D.O. Ignatyeva, D.M. Krichevsky, V. I. Belotelov, F. Royer, S. Dash, and M. Levy, J. Appl. Phys. 132, 100902 (2022).
  16. A.V. Chetvertukhin, A. I. Musorin, T.V. Dolgova, H. Uchida, M. Inoue, and A.A. Fedyanin, J. Magn. Magn. Mater. 383, 110 (2015).
  17. A. I. Musorin, A.V. Chetvertukhin, T.V. Dolgova, H. Uchida, M. Inoue, B. S. Luk'yanchuk, and A.A. Fedyanin, Appl. Phys. Lett. 115, 151102 (2019).
  18. S. Abdollahramezani, O. Hemmatyar, M. Taghinejad, H. Taghinejad, Y. Kiarashinejad, M. Zandehshahvar, T. Fan, S. Deshmukh, A.A. Eftekhar, W. Cai, E. Pop, M.A. El-Sayed, and A. Adibi, Nano Lett. 21, 1238 (2021).
  19. V. Zubyuk, L. Carletti, M. Shcherbakov, and S. Kruk, APL Mat. 9, 060701 (2021).
  20. P.A. Shafirin, V.V. Zubyuk, A.A. Fedyanin, and M.R. Shcherbakov, Nanophotonics 11, 4053 (2022).
  21. A. Basiri, Md Z.E. Rafique, J. Bai, S. Choi, and Y. Yao, Light Sci. Appl. 11, 102 (2022).
  22. Y. Wu, L. Kang, H. Bao, and D.H. Werner, ACS Phot. 7, 2362 (2020).
  23. M. Mayer, M. J. Schnepf, T.A. F. K¨onig, and A. Fery, Adv. Opt. Mater. 7, 1800564 (2019).
  24. J. Wang, A. Coillet, O. Demichel, Z. Wang, D. Rego, A. Bouhelier, P. Grelu, and B. Cluzel, Light Sci. Appl. 9, 50 (2020).
  25. V.G. Kravets, A.V. Kabashin, W. L. Barnes, and A.N. Grigorenko, Chem. Rev. 118, 5912 (2018).
  26. C.-K. Sun, F. Vall'ee, L.H. Acioli, E.P. Ippen, and J.G. Fujimoto, Phys. Rev. B 50, 15337 (1994).
  27. R. Groeneveld, R. Sprik, and A.D. Lagendijk, Phys. Rev. B 51, 11433 (1995).
  28. N. Del Fatti, R. Bouffanais, F. Vall'ee, and C. Flytzanis, Phys. Rev. Lett. 81, 922 (1998).
  29. I.A. Novikov, M.A. Kiryanov, P.K. Nurgalieva, A.Yu. Frolov, V.V. Popov, T.V. Dolgova, and A.A. Fedyanin, Nano Lett. 20, 8615 (2020).
  30. V.V. Zubyuk, P.P. Vabishchevich, M.R. Shcherbakov, A. S. Shorokhov, A.N. Fedotova, S. Liu, G. Keeler, T.V. Dolgova, I. Staude, I. Brener, and A.A. Fedyanin, ACS Photonics 6, 2797 (2019).
  31. G.V. Hartland, Chem. Rev. 111, 3858 (2011).
  32. H. Harutyunyan, A.B. F. Martinson, D. Rosenmann, L.K. Khorashad, L.V. Besteiro, A.O. Govorov, and G.P. Wiederrecht, Nat. Nanotechnol. 10, 770 (2015).
  33. J. Guan, J.E. Park, S. Deng, M. J.H. Tan, J. Hu, and T.W. Odom, Chem. Rev. 122, 15177 (2022).
  34. 'A. Barreda, F. Vitale, A.E. Minovich, C. Ronning, and I. Staude, Adv. Photonics Res. 3, 2100286 (2022).
  35. M.G. Barsukova, A. I. Musorin, A. S. Shorokhov, and A.A. Fedyanin, APL Photonics 4, 016102 (2019).
  36. R. Rosei, F. Antonangeli, and U.M. Grassano, Surf. Sci. 37, 689 (1973).
  37. M. Guerrisi, R. Rosei, and P. Winsemius, Phys. Rev. B 12, 557 (1975).
  38. T. Stoll, P. Maioli, A. Crut, and F. Vall'ee, Eur. Phys. J. B 87, 1 (2014).
  39. N. Del Fatti, C. Voisin, M. Achermann, S. Tzortzakis, D. Christofilos, and F. Vall'ee, Phys. Rev. B 61, 16956 (2000).
  40. С.И. Анисимов, Б.Л. Капелиович, Т.Л. Перельман, ЖЭТФ 66, 776 (1974).
  41. S.-S. Wellershoff, J. Hohlfeld, J. G¨udde, and E. Matthias, Appl. Phys. A 69, S99 (1999).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».