Optomechanical Heating and Cooling via Tip-Enhanced Raman Scattering in Epsilon-Near-Zero Medium

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Media with the dielectric permittivity 
 close to zero (epsilon-near-zero or ENZ) maintain conditions for enhanced light-matter interactions. In this paper, we propose to use these media to enhance the optomechanical coupling of vibrational excitations of the medium with the optical near-field of the nanoantenna. It is shown that the ENZ medium significantly increases the optically induced decay rate of a vibration, which can be used for cooling (when the incident light frequency is less than the ENZ frequency) or heating (when the incident light frequency is greater than the ENZ frequency). Due to the proximity of the refractive index to zero as well, oscillations of the polarization of the medium are coherent, which further enhances the optomechanical effects. Analytical expressions are obtained for the optical shift of the resonance and the induced decay rate.

Sobre autores

A. Gazizov

Institute of Physics, Kazan Federal University, 420008, Kazan, Russia; Institute of Applied Research, Tatarstan Academy of Sciences, 420111, Kazan, Russia

Email: almargazizov@kpfu.ru

M. Salakhov

Institute of Physics, Kazan Federal University, 420008, Kazan, Russia; Institute of Applied Research, Tatarstan Academy of Sciences, 420111, Kazan, Russia

Email: almargazizov@kpfu.ru

S. Kharintsev

Institute of Physics, Kazan Federal University, 420008, Kazan, Russia; Institute of Applied Research, Tatarstan Academy of Sciences, 420111, Kazan, Russia

Autor responsável pela correspondência
Email: almargazizov@kpfu.ru

Bibliografia

  1. P. Bharadwaj, B. Deutsch, and L. Novotny, Adv. Opt. Photonics 1, 438 (2009).
  2. G. Ba ou, F. Cichos, and R. Quidant, Nat. Mater. 19, 946 (2020).
  3. D. V. Seletskiy, R. Epstein, and M. Sheik-Bahae, Rep. Prog. Phys. 79, 096401 (2016).
  4. V. B. Braginsky, S. E. Strigin, and S. P. Vyatchanin, Phys. Lett. A 305, 111 (2002).
  5. J. Chan, T. P. M. Alegre, A. H. Safavi-Naeini, J. T. Hill, A. Krause, S. Groblacher, M. Aspelmeyer, and O. Painter, Nature 478, 89 (2011).
  6. D.Rugar, R. Budakian, H. J. Mamin, and B. W. Chui, Nature 430, 329 (2004).
  7. E. Gil-Santos, J. J.Ruz, O. Malvar, I. Favero, A. Lemaˆitre, P. M. Kosaka, S. Garc'ia-L'opez, M. Calleja, and J. Tamayo, Nat. Nanotechnol. 15, 469 (2020).
  8. А. В. Цуканов, И. Ю. Катеев, Квантовая электроника 50, 291 (2020)
  9. Quantum Electron. 50, 291 (2020).
  10. P. Roelli, C. Galland, N. Piro, and T. J. Kippenberg, Nat. Nanotechnol. 11, 164 (2016).
  11. Y. Zhang, R. Esteban, R. A. Boto, M. Urbieta, X. Arrieta, C. Shan, S. Li, J. J. Baumberg, and J. Aizpurua, Nanoscale 13, 1938 (2021).
  12. M. Aspelmeyer, T. J. Kippenberg, and F. Marquardt, Rev. Mod. Phys. 86, 1391 (2014).
  13. J. Zhang, Q. Zhang, X. Wang, L. C. Kwek, and Q. Xiong, Nature Photon. 10, 600 (2016).
  14. Y.-C. Chen and G. Bahl, Optica 2, 893 (2015).
  15. K. Kneipp and H. Kneipp, Faraday Discuss. 132, 27 (2006).
  16. R. C. Maher, P. G. Etchegoin, E. C. Le Ru, and L. F. Cohen, J. Phys. Chem. B 110, 11757 (2006).
  17. Y. Hong and B. M. Reinhard, J. Opt. 21, 113001 (2019).
  18. M. Scalora, J. Trull, D. de Ceglia, M. A. Vincenti, N. Akozbek, Z. Coppens, L. Rodr'iguez-Sun'e, and C. Cojocaru, Phys. Rev. A 101, 053828 (2020).
  19. I. M. Palstra, H. M. Doeleman, and A. F. Koenderink, Nanophotonics 8, 1513 (2019).
  20. D. Yoo, F. de Le'on-P'erez, M. Pelton, I.-H. Lee, D. A. Mohr, M. B. Raschke, J. D. Caldwell, L. Mart'in-Moreno, and S.-H. Oh, Nature Photon. 15, 125 (2021).
  21. I. Liberal and N. Engheta, Science 358, 1540 (2017).
  22. N. Kinsey, C. DeVault, A. Boltasseva, and V. M. Shalaev, Nat. Rev. Mater. 4, 742 (2019).
  23. B. C. Yildiz and H. Caglayan, Phys. Rev. B 102, 165303 (2020).
  24. V. Caligiuri, M. Palei, G. Bi, S. Artyukhin, and R. Krahne, Nano Lett. 19, 3151 (2019).
  25. N. Kinsey and J. Khurgin, Opt. Mater. Express 9, 2793 (2019).
  26. W. D. Tian, F. Liang, S. M. Chi, C. Li, H. H. Yu, H. Zhang, and H. J. Zhang, ACS Omega 5, 2458 (2020).
  27. S. S. Kharintsev, A. V. Kharitonov, A. R. Gazizov, and S. G. Kazarian, ACS Appl. Mater.Interfaces 12, 3862 (2020).
  28. А. Р. Газизов, А. В. Харитонов, С. С. Харинцев, Письма в ЖЭТФ 113, 152 (2021)
  29. JETP Lett. 113, 140 (2021).
  30. J. Kim, A. Dutta, G. V. Naik, A. J. Giles, F. J. Bezares, C. T. Ellis, J. G. Tischler, A. M. Mahmoud, H. Caglayan, O. J. Glembocki, A. V. Kildishev, J. D. Caldwell, A. Boltasseva, and N. Engheta, Optica 3, 339 (2016).
  31. B. Huttner and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 46, 4306 (1992).
  32. H. T. Dung, L. Kn¨oll, and D.-G. Welsch, Phys. Rev. A 57, 3931 (1998).
  33. T. Gruner and D.-G. Welsch, Phys. Rev. A 53, 1818 (1996).
  34. M. K. Dezfouli and S. Hughes, ACS Photonics 4, 1245 (2017).
  35. A. R. Gazizov, M. Kh. Salakhov, and S. S. Kharintsev, J. Phys.: Conf. Ser. 2015, 012044 (2021).
  36. M. A. Yurkin and M. Huntemann, J. Phys. Chem. C 119, 29088 (2015).
  37. I. V. Lindell, J. C.-E. Sten, and R. E. Kleinman, J. Electromagnet. Wave. 8, 295 (1994).
  38. L. G. Can¸cado, R. Beams, A. Jorio, and L. Novotny, Phys. Rev. X 4, 031054 (2014).
  39. A. R. Gazizov and S. S. Kharintsev, in: 15th International Congress on Arti cial Materials for Novel Wave Phenomena (Metamaterials), IEEE, N.Y. (2021), X-132.
  40. C. van Vlack and S. Hughes, Opt. Lett. 37, 2880 (2012).
  41. A. Oskooi, D. Roundy, M. Ibanescu, P. Bermel, J. D. Joannopoulos, and S. G. Johnson, Comp. Phys.Commun. 181, 687 (2010).
  42. A. R. Gazizov, M. Kh. Salakhov, and S. S. Kharintsev, Bull.Russ. Acad. Sci.: Phys. 86, S71 (2022).
  43. А. В. Харитонов, А. Р. Газизов, С. С. Харинцев, Письма в ЖЭТФ 114, 756 (2021)
  44. JETP Lett. 114, 687 (2021).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Российская академия наук, 2023

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».