مقاله بررسی تغییرات دمایی ماکروسکوپیک با فرآیندهای غیر تشعشعی در متاآنتن های هذلولی

چکیده

Multilayered metal-dielectric nanostructures display both strong plasmonic behavior and hyperbolic optical dispersion. The latter is responsible for the appearance of two separated radiative and non-radiative channels in the extinction spectrum of these structures. This unique property can open a wealth of opportunities towards the development of multifunctional systems that simultaneously can behave as optimal scatterers and absorbers at different wavelengths, an important feature to achieve multiscale control light-matter interactions in different spectral regions for different types of applications, such as optical computing or detection of thermal radiation. Nevertheless, the temperature dependence of the optical properties of these multilayered systems has never been investigated. In this work we study how radiative and non-radiative processes in hyperbolic meta-antennas can probe temperature changes of the surrounding medium. We show that, while radiative processes are essentially not affected by a change in the external temperature, the non-radiative ones are strongly affected by a temperature variation. By combining experiments and temperature dependent effective medium theory, we find that this behavior is connected to enhanced damping effects due to electron-phonon scattering. Contrary to standard plasmonic systems, a red-shift of the non-radiative mode occurs for small variations of the environment temperature. Our study shows that to probe temperature changes it is essential to exploit non-radiative processes in systems supporting plasmonic excitations, which can be used as very sensitive thermometers via linear absorption spectroscopy.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

نانوساختارهای دی الکتریک فلزی چند لایه هم رفتار پلاسمونی قوی و هم پراکندگی نوری هایپربولیک را نشان می دهند.دومی مسئول ظاهر دو کانال تابشی و غیر تابشی جدا شده در طیف انقراض این ساختارها است.این خاصیت منحصر به فرد می تواند فرصت های زیادی را در جهت توسعه سیستم های چند منظوره باز کند که همزمان می توانند به عنوان پراکنده و جاذب بهینه در طول موج های مختلف رفتار کنند ، یک ویژگی مهم برای دستیابی به تعامل کنترل چند مقیاس در مناطق مختلف طیفی برای انواع مختلف برنامه ها.به عنوان محاسبات نوری یا تشخیص تابش حرارتی.با این وجود ، وابستگی دما از خصوصیات نوری این سیستم های چند لایه هرگز مورد بررسی قرار نگرفته است.در این کار ما بررسی می کنیم که چگونه فرآیندهای تابشی و غیر تابشی در متانانهای هایپربولیک می توانند تغییرات دما در محیط اطراف را بررسی کنند.ما نشان می دهیم که ، در حالی که فرآیندهای تابشی اساساً تحت تأثیر تغییر در دمای خارجی قرار نمی گیرند ، موارد غیر تابشی به شدت تحت تأثیر تغییر دما قرار می گیرند.با ترکیب آزمایشات و نظریه متوسط مؤثر وابسته به دما ، می فهمیم که این رفتار به دلیل پراکندگی الکترونی-پونون به اثرات میرایی افزایش یافته متصل است.برخلاف سیستم های پلاسمونی استاندارد ، تغییر قرمز از حالت غیر تابشی برای تغییرات کوچک دمای محیط رخ می دهد.مطالعه ما نشان می دهد که برای بررسی تغییرات دما ، بهره برداری از فرآیندهای غیر تابشی در سیستم هایی که از تحریکات پلاسمونی پشتیبانی می کنند ، ضروری است ، که می تواند از طریق طیف سنجی جذب خطی به عنوان دماسنجهای بسیار حساس استفاده شود.