Harnessing magneto-electric interference to direct light emission with a split-ring resonator

Abstract

[ANGLÈS] Here we show that a split-ring resonator, a structure widely known for its magnetic response at optical frequencies, can be used as a robust, unidirectional and broadband nanoantenna. By customizing its dimensions we demonstrate both numerically and experimentally that a quantum emitter can be efficiently coupled to the near-field of a U-shaped SRR and drive a resonance which generates both electric and magnetic dipole moments whose interference produces a unidirectional emission of light. A quantum dot is placed within the gap of the SRR to drive this resonance and the wavelengths for which the radiated power and directionality are enhanced can be tuned by altering the structure's parameters. This result is relevant to nano-optics, as our design has the potential to enhance photon emission and detection, and metamaterials, as a directional response can help determine the relationship between the excitation angle and transmittance.

[CASTELLÀ] Aquí mostramos que un resonador de anillo partido (Split-Ring Resonator), una estructura conocida por su respuesta magnética a frecuencias ópticas, se puede utilizar como una nanoantena de banda ancha, robusta y direccional. Al personalizar sus dimensiones demostramos numéricamente tanto como experimentalmente que se puede acoplar de forma eficiente un emisor cuántico al campo cercano de un SRR de forma de U y excitar una resonancia que genera un momento dipolar eléctrico y magnético cuya interferencia produce una emisión unidireccional de luz. Se coloca un punto cuántico en el hueco del SRR para excitar esta resonancia y las longitudes de onda por las cuales se mejoran la potencia radiada y la direccionalidad se pueden afinar al cambiar los parámetros de la estructura. Este resultado es relevante a la nano-óptica, como que nuestro diseño puede mejorar la emisión y detección de fotones, y a los metamateriales debido a que una respuesta direccional de un SRR puede ayudar a determinar la relación entre el ángulo de iluminación y la transmitancia.

[CATALÀ] Aquí mostrem que un ressonador d'anell partit (Split-Ring Resonator), una estructura coneguda per la seva resposta magnètica a freqüències òptiques, es pot utilitzar com una nanoantena de banda ampla, robusta i direccional. En personalitzar les seves dimensions demostrem numèricament tant com experimentalment que es pot acoblar de manera eficient un emissor quàntic al camp proper d'un SRR de forma d'U i excitar una ressonància que genera un moment dipolar elèctric i magnètic, la interferència produeix una emissió unidireccional de llum. Es col·loca un punt quàntic en el forat del SRR per excitar aquesta ressonància i les longituds d'ona per les quals es milloren la potència radiada i la direccionalitat es poden afinar en canviar els paràmetres de l'estructura. Aquest resultat és rellevant a la nanoòptica, com que el nostre disseny pot millorar l'emissió i detecció de fotons, i als metamaterials pel fet que una resposta direccional d'un SRR pot ajudar a determinar la relació entre l'angle d'il·luminació i la transmitància.