We demonstrate directional launching of surface plasmon polaritons on thin gold film with a single silicon nanosphere. The directivity pattern of the excited surface waves exhibits rapid switching from forward to backward excitation within extremely narrow spectral band (¡ 50 nm), which is driven by the mutual interference of magnetic and electric dipole moments supported by the dielectric nanoantenna.

1.
A. A.
High
,
R. C.
Devlin
,
A.
Dibos
,
M.
Polking
,
D. S.
Wild
,
J.
Perczel
,
N. P.
de Leon
,
M. D.
Lukin
, and
H.
Park
,
Nature
522
,
192
196
(
2015
).
2.
D.
Basov
,
M.
Fogler
, and
F. G.
de Abajo
,
Science
354
, p. aag
1992
(
2016
).
3.
H.
Raether
,
Surface plasmons on smooth surfaces
(
Springer
,
1988
).
4.
F.
López-Tejeira
,
S. G.
Rodrigo
,
L.
Martín-Moreno
,
F. J.
Garćıa-Vidal
,
E.
Devaux
,
T. W.
Ebbesen
,
J. R.
Krenn
,
I.
Radko
,
S. I.
Bozhevolnyi
,
M. U.
González
,
J.-C.
Weeber
, and
A.
Dereux
,
Nature Physics
3
,
324
328
(
2007
).
5.
J.
Lin
,
J. B.
Mueller
,
Q.
Wang
,
G.
Yuan
,
N.
Antoniou
,
X.-C.
Yuan
, and
F.
Capasso
,
Science
340
,
331
334
(
2013
).
6.
A. E.
Miroshnichenko
,
A. B.
Evlyukhin
,
Y. S.
Kivshar
, and
B. N.
Chichkov
,
ACS Photonics
2
,
1423
1428
(
2015
).
7.
A.
Evlyukhin
and
S.
Bozhevolnyi
,
Physical Review B
71
, p.
134304
(
2005
).
8.
A.
Drezet
,
A.
Hohenau
,
D.
Koller
,
A.
Stepanov
,
H.
Ditlbacher
,
B.
Steinberger
,
F.
Aussenegg
,
A.
Leitner
, and
J.
Krenn
,
Materials Science and Engineering: B
149
,
220
229
(
2008
).
9.
F.
Aieta
,
P.
Genevet
,
M. A.
Kats
,
N.
Yu
,
R.
Blanchard
,
Z.
Gaburro
, and
F.
Capasso
,
Nano letters
12
,
4932
4936
(
2012
).
10.
P.
Alonso-González
,
A. Y.
Nikitin
,
F.
Golmar
,
A.
Centeno
,
A.
Pesquera
,
S.
Vélez
,
J.
Chen
,
G.
Navickaite
,
F.
Koppens
,
A.
Zurutuza
,
F.
Casanova
,
L. E.
Hueso
, and
R.
Hillenbrand
,
Science
344
,
1369
1373
(
2014
).
11.
K. Y.
Bliokh
,
F.
Rodŕıguez-Fortuño
,
F.
Nori
, and
A. V.
Zayats
,
Nature Photonics
9
,
796
808
(
2015
).
12.
S.
Campione
,
L. I.
Basilio
,
L. K.
Warne
, and
M. B.
Sinclair
,
Opt. Express
23
,
2293
2307
(
2015
).
13.
M.
Decker
,
I.
Staude
,
M.
Falkner
,
J.
Dominguez
,
D. N.
Neshev
,
I.
Brener
,
T.
Pertsch
, and
Y. S.
Kivshar
,
Adv. Opt. Mater.
3
,
813
820
(
2015
).
14.
M.
Decker
,
I.
Staude
,
M.
Falkner
,
J.
Dominguez
,
D. N.
Neshev
,
I.
Brener
,
T.
Pertsch
, and
Y. S.
Kivshar
,
Advanced Optical Materials
3
,
813
820
(
2015
).
15.
A. I.
Denisyuk
,
F. E.
Komissarenko
, and
I. S.
Mukhin
,
Microelectron. Eng.
121
,
15
18
(
2014
).
16.
P.
Dmitriev
,
S.
Makarov
,
V.
Milichko
,
I.
Mukhin
,
A.
Gudovskikh
,
A.
Sitnikova
,
A.
Samusev
,
A.
Krasnok
, and
P.
Belov
,
Nanoscale
8
,
5043
5048
(
2016
).
17.
A.
Drezet
,
D.
Koller
,
A.
Hohenau
,
A.
Leitner
,
F. R.
Aussenegg
, and
J. R.
Krenn
,
Nano Letters
7
,
1697
1700
(
2007
).
18.
A.
Evlyukhin
,
S.
Bozhevolnyi
,
A.
Stepanov
,
R.
Kiyan
,
C.
Reinhardt
,
S.
Passinger
, and
B.
Chichkov
,
Optics express
15
,
16667
16680
(
2007
).
19.
A.
Evlyukhin
,
G.
Brucoli
,
L.
Martín-Moreno
,
S.
Bozhevolnyi
, and
F.
Garćıa-Vidal
,
Physical Review B
76
, p.
075426
(
2007
).
20.
A.
Evlyukhin
,
G.
Brucoli
,
L.
Martín-Moreno
,
S.
Bozhevolnyi
, and
F.
Garćıa-Vidal
,
Physical Review B
76
, p.
075426
(
2007
).
21.
A. B.
Evlyukhin
and
S. I.
Bozhevolnyi
,
Physical Review B
92
, p.
245419
(
2015
).
22.
A. B.
Evlyukhin
and
S. I.
Bozhevolnyi
,
Phys. Rev. B
92
, p.
245419
Dec (
2015
).
23.
A. B.
Evlyukhin
and
S. I.
Bozhevolnyi
,
JETP Letters
83
,
558
562
(
2006
).
24.
A. B.
Evlyukhin
,
S. M.
Novikov
,
U.
Zywietz
,
R. L.
Eriksen
,
C.
Reinhardt
,
S. I.
Bozhevolnyi
, and
B. N.
Chichkov
,
Nano Letters
12
,
3749
3755
(
2012
).
25.
R.
Fenollosa
,
F.
Meseguer
, and
M.
Tymczenko
,
Advanced Materials
20
,
95
98
(
2008
).
26.
S.
Frisbie
,
C.
Regan
,
A.
Krishnan
,
C.
Chesnutt
,
J.
Ajimo
,
A.
Bernussi
, and
L. G.
de Peralta
,
Optics Communications
283
,
5255
5260
(
2010
).
27.
Y. H.
Fu
,
A. I.
Kuznetsov
,
A. E.
Miroshnichenko
,
Y. F.
Yu
, and
B.
Luk’yanchuk
,
Nature Communications
4
,
1527
EP –Feb (
2013
), article.
28.
B.
García-Cámara
,
R. A. de La
Osa
,
J.
Saiz
,
F.
González
, and
F.
Moreno
,
Optics Letters
36
,
728
730
(
2011
).
29.
A.
Grigorenko
,
M.
Polini
, and
K.
Novoselov
,
Nature photonics
6
,
749
758
(
2012
).
30.
R.
Guo
,
M.
Decker
,
F.
Setzpfandt
,
I.
Staude
,
D. N.
Neshev
, and
Y. S.
Kivshar
,
Nano Letters
15
,
3324
3328
(
2015
).
31.
R.
Guo
,
M.
Decker
,
F.
Setzpfandt
,
I.
Staude
,
D. N.
Neshev
, and
Y. S.
Kivshar
,
Nano letters
15
,
3324
3328
(
2015
).
32.
B.
Hecht
,
H.
Bielefeldt
,
L.
Novotny
,
Y.
Inouye
, and
D.
Pohl
,
Physical Review Letters
77
, p.
1889
(
1996
).
33.
A. J.
Hoffman
,
L.
Alekseyev
,
S. S.
Howard
,
K. J.
Franz
,
D.
Wasserman
,
V. A.
Podolskiy
,
E. E.
Narimanov
,
D. L.
Sivco
, and
C.
Gmachl
,
Nature materials
6
,
946
950
(
2007
).
34.
P. B.
Johnson
and
R. W.
Christy
,
Phys. Rev. B
6
,
4370
4379
Dec (
1972
).
35.
M.
Kerker
,
D.-S.
Wang
, and
C.
Giles
,
JOSA
73
,
765
767
(
1983
).
36.
A. V.
Kildishev
,
A.
Boltasseva
, and
V. M.
Shalaev
,
Science
339
, p.
1232009
(
2013
).
37.
S.
Kitson
,
W. L.
Barnes
, and
J.
Sambles
,
Physical Review Letters
77
, p.
2670
(
1996
).
38.
A. I.
Kuznetsov
,
A. E.
Miroshnichenko
,
M. L.
Brongersma
,
Y. S.
Kivshar
, and
B.
Lukyanchuk
,
Science
354
, p. aag
2472
(
2016
).
39.
A. I.
Kuznetsov
,
A. E.
Miroshnichenko
,
Y. H.
Fu
,
J.
Zhang
, and
B.
Luk’yanchuk
,
Sci. Rep.
2
, p.
492
(
2012
).
40.
S.-Y.
Lee
,
I.-M.
Lee
,
K.-Y.
Kim
, and
B.
Lee
, arXiv preprint arXiv:1306.5068 (
2013
).
41.
S.-Y.
Lee
,
I.-M.
Lee
,
J.
Park
,
S.
Oh
,
W.
Lee
,
K.-Y.
Kim
, and
B.
Lee
,
Physical review letters
108
, p.
213907
(
2012
).
42.
S.-Y.
Lee
,
H.
Yun
,
Y.
Lee
, and
B.
Lee
,
Laser & Photonics Reviews
8
,
777
784
(
2014
).
43.
L.
Li
,
T.
Li
,
S.
Wang
,
S.
Zhu
, and
X.
Zhang
,
Nano Letters
11
,
4357
4361
(
2011
).
44.
S. V.
Li
,
A. E.
Krasnok
,
S.
Lepeshov
,
R. S.
Savelev
,
D. G.
Baranov
, and
A.
Alu
, arXiv preprint arXiv:1703.03159 (
2017
).
45.
I.
Liberal
and
N.
Engheta
,
Nature Photonics
11
,
149
158
(
2017
).
46.
J. S.
Liu
,
R. A.
Pala
,
F.
Afshinmanesh
,
W.
Cai
, and
M. L.
Brongersma
,
Nature Communications
2
, p.
525
(
2011
).
47.
Y.
Liu
,
S.
Palomba
,
Y.
Park
,
T.
Zentgraf
,
X.
Yin
, and
X.
Zhang
,
Nano Letters
12
,
4853
4858
(
2012
).
48.
C.
Lu
,
Y.-C.
Liu
,
X.
Hu
,
H.
Yang
, and
Q.
Gong
,
Scientific Reports
6
(
2016
).
49.
J. B.
Mueller
and
F.
Capasso
,
Physical Review B
88
, p.
121410
(
2013
).
50.
W. A.
Murray
and
W. L.
Barnes
,
Advanced Materials
19
,
3771
3782
(
2007
).
51.
R.
Paniagua-Domínguez
,
Y. F.
Yu
,
A. E.
Miroshnichenko
,
L. A.
Krivitsky
,
Y. H.
Fu
,
V.
Valuckas
,
L.
Gonzaga
,
Y. T.
Toh
,
A. Y. S.
Kay
,
B.
Lukyanchuk
, and
A. I.
Kuznetsov
,
Nature Communications
7
(
2016
).
52.
A.
Poddubny
,
I.
Iorsh
,
P.
Belov
, and
Y.
Kivshar
,
Nature Photonics
7
,
948
957
(
2013
).
53.
A.
Pors
,
M. G.
Nielsen
,
T.
Bernardin
,
J.-C.
Weeber
, and
S. I.
Bozhevolnyi
,
Light Sci. Appl.
3
, p.
e197
(
2014
).
54.
F. J.
Rodŕıguez-Fortuño
,
G.
Marino
,
P.
Ginzburg
,
D.
OConnor
,
A.
Martínez
,
G. A.
Wurtz
, and
A. V.
Zayats
,
Science
340
,
328
330
(
2013
).
55.
F. J.
Rodŕıguez-Fortuño
,
G.
Marino
,
P.
Ginzburg
,
D.
OConnor
,
A.
Martínez
,
G. A.
Wurtz
, and
A. V.
Zayats
,
Science
340
,
328
330
(
2013
).
56.
T.
Søndergaard
and
S.
Bozhevolnyi
,
Physical Review B
69
, p.
045422
(
2004
).
57.
I.
Sinev
,
I.
Iorsh
,
A.
Bogdanov
,
D.
Permyakov
,
F.
Komissarenko
,
I.
Mukhin
,
A.
Samusev
,
V.
Valuckas
,
A. I.
Kuznetsov
,
B. S.
Luk’yanchuk
,
A. E.
Miroshnichenko
, and
Y. S.
Kivshar
,
Laser & Photonics Reviews
10
,
799
806
(
2016
).
58.
I. I.
Smolyaninov
,
Y.-J.
Hung
, and
C. C.
Davis
,
Science
315
,
1699
1701
(
2007
).
59.
T.
Tanemura
,
K. C.
Balram
,
D.-S.
Ly-Gagnon
,
P.
Wahl
,
J. S.
White
,
M. L.
Brongersma
, and
D. A.
Miller
,
Nano Letters
11
,
2693
2698
(
2011
).
60.
D.
Van Oosten
,
M.
Spasenovic
, and
L.
Kuipers
,
Nano Letters
10
,
286
290
(
2009
).
61.
Z.
Xi
,
Y.
Lu
,
W.
Yu
,
P.
Wang
, and
H.
Ming
,
Journal of Optics
16
, p.
105002
(
2014
).
62.
F.
Xia
,
H.
Wang
,
D.
Xiao
,
M.
Dubey
, and
A.
Ramasubramaniam
,
Nature Photonics
8
,
899
907
(
2014
).
63.
E.
Xifré-Pérez
,
R.
Fenollosa
, and
F.
Meseguer
,
Opt. Express
19
,
3455
3463
Feb (
2011
).
64.
K.
Yao
and
Y.
Liu
,
ACS Photonics
3
,
953
963
(
2016
).
65.
W.
Yao
,
S.
Liu
,
H.
Liao
,
Z.
Li
,
C.
Sun
,
J.
Chen
, and
Q.
Gong
,
Nano Letters
15
,
3115
3121
(
2015
), .
66.
O.
Yermakov
,
A.
Ovcharenko
,
M.
Song
,
A.
Bogdanov
,
I.
Iorsh
, and
Y. S.
Kivshar
,
Physical Review B
91
, p.
235423
(
2015
).
67.
N.
Yu
and
F.
Capasso
,
Nature materials
13
,
139
150
(
2014
).
68.
Y. F.
Yu
,
A. Y.
Zhu
,
R.
Paniagua-Domínguez
,
Y. H.
Fu
,
B.
Luk’yanchuk
, and
A. I.
Kuznetsov
,
Laser & Photonics Reviews
9
,
412
418
(
2015
).
69.
D. G.
Zhang
,
X.
Yuan
, and
A.
Bouhelier
,
Applied Optics
49
,
875
879
(
2010
).
70.
U.
Zywietz
,
A. B.
Evlyukhin
,
C.
Reinhardt
, and
B. N.
Chichkov
,
Nature Communications
5
(
2014
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.