We report on the excitation of sharp Fano-like resonances in lattices of metamolecules composed of two differing types of metaatoms. The proposed structures exhibit modes originating from the individual metaatoms as well as a very sharp mode from the collective excitation of the metamolecule lattice as a whole. Next-generation thin film sensors (e.g., for bio/chemical hazard detectors) could especially benefit from such artificial materials. Having multiple modes at different spectral positions enables the characterization of dispersive materials, while the high Q-factors of the eigenmodes lead to a very high sensitivity.

1.
X.
Liu
,
T.
Tyler
,
T.
Starr
,
A. F.
Starr
,
N. M.
Jokerst
, and
W. J.
Padilla
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
045901
(
2011
).
2.
N.
Liu
,
S.
Kaiser
, and
H.
Giessen
,
Adv. Mater.
20
,
4521
(
2008
).
3.
D.
Schurig
,
J. J.
Mock
,
B. J.
Justice
,
S. A.
Cummer
,
J. B.
Pendry
,
A. F.
Starr
, and
D. R.
Smith
,
Science
314
,
977
(
2006
).
4.
T.
Ergin
,
N.
Stenger
,
P.
Brenner
,
J. B.
Pendry
, and
M.
Wegener
,
Science
328
,
337
(
2010
).
5.
S.
Lee
,
S.
Kim
,
T.-T.
Kim
,
Y.
Kim
,
M.
Choi
,
S. H.
Lee
,
J.-Y.
Kim
, and
B.
Min
,
Adv. Mater.
24
,
3491
(
2012
).
6.
C. M.
Watts
,
X.
Liu
, and
W. J.
Padilla
,
Adv. Mater.
24
,
OP98
(
2012
).
7.
S. M.
Hanham
,
A. I.
Fernández-Domínguez
,
J. H.
Teng
,
S. S.
Ang
,
K. P.
Lim
,
S. F.
Yoon
,
C. Y.
Ngo
,
N.
Klein
,
J. B.
Pendry
, and
S. A.
Maier
,
Adv. Mater.
24
,
OP226
(
2012
).
8.
B.
Walther
,
C.
Helgert
,
C.
Rockstuhl
,
F.
Setzpfandt
,
F.
Eilenberger
,
E.-B.
Kley
,
F.
Lederer
,
A.
Tünnermann
, and
T.
Pertsch
,
Adv. Mater.
24
,
6300
(
2012
).
9.
C.
Wu
,
A. B.
Khanikaev
,
R.
Adato
,
N.
Arju
,
A. A.
Yanik
,
H.
Altug
, and
G.
Shvets
,
Nature Mater.
11
,
69
(
2012
).
10.
N. I.
Zheludev
and
Y. S.
Kivshar
,
Nature Mater.
11
,
917
(
2012
).
11.
B.
Luk'yanchuk
,
N. I.
Zheludev
,
S. A.
Maier
,
N. J.
Halas
,
P.
Nordlander
,
H.
Giessen
, and
C. T.
Chong
,
Nature Mater.
9
,
707
(
2010
).
12.
O.
Hess
,
J. B.
Pendry
,
S. A.
Maier
,
R. F.
Oulton
,
J. M.
Hamm
, and
K. L.
Tsakmakidis
,
Nature Mater.
11
,
573
(
2012
).
13.
N. I.
Zheludev
,
S. L.
Prosvirnin
,
N.
Papasimakis
, and
V. A.
Fedotov
,
Nat. Photonics
2
,
351
(
2008
).
14.
H.-T.
Chen
,
J. F.
O'Hara
,
A. K.
Azad
, and
A. J.
Taylor
,
Laser Photonics Rev.
5
,
513
(
2011
).
15.
R.
Singh
,
I. A. I.
Al-Naib
,
M.
Koch
, and
W.
Zhang
,
Opt. Express
19
,
6312
(
2011
).
16.
N.
Liu
,
T.
Weiss
,
M.
Mesch
,
L.
Langguth
,
U.
Eigenthaler
,
M.
Hirscher
,
C.
Sönnichsen
, and
H.
Giessen
,
Nano Lett.
10
,
1103
(
2010
).
17.
J. F.
O'Hara
,
W.
Withayachumnankul
, and
I.
Al-Naib
,
J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves
33
,
245
(
2012
).
18.
B.
Reinhard
,
K. M.
Schmitt
,
V.
Wollrab
,
J.
Neu
,
R.
Beigang
, and
M.
Rahm
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
221101
(
2012
).
19.
P. U.
Jepsen
,
D. G.
Cooke
, and
M.
Koch
,
Laser Photonics Rev.
5
,
124
(
2011
).
20.
M.
Tonouchi
,
Nat. Photonics
1
,
97
(
2007
).
21.
P. H.
Bolívar
,
M.
Nagel
,
F.
Richter
,
M.
Brucherseifer
,
H.
Kurz
,
A.
Bosserhoff
, and
R.
Büttner
,
Philos. Trans. R. Soc., A
362
,
323
(
2004
).
22.
M.
Nagel
,
M.
Först
, and
H.
Kurz
,
J. Phys.: Condens. Matter
18
,
S601
(
2006
).
23.
A. G.
Markelz
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
14
,
180
(
2008
).
24.
W.
Zhang
,
E. R.
Brown
,
M.
Rahman
, and
M. L.
Norton
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
023701
(
2013
).
25.
V. A.
Fedotov
,
M.
Rose
,
S. L.
Prosvirnin
,
N.
Papasimakis
, and
N. I.
Zheludev
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
147401
(
2007
).
26.
I.
Al-Naib
,
R.
Singh
,
C.
Rockstuhl
,
F.
Lederer
,
S.
Delprat
,
D.
Rocheleau
,
M.
Chaker
,
T.
Ozaki
, and
R.
Morandotti
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
071108
(
2012
).
28.
A. E.
Miroshnichenko
,
S.
Flach
, and
Y. S.
Kivshar
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
2257
(
2010
).
29.
F.
Hao
,
Y.
Sonnefraud
,
P.
Van Dorpe
,
S. A.
Maier
,
N. J.
Halas
, and
P.
Nordlander
,
Nano Lett.
8
,
3983
(
2008
).
30.
X.
Xiao
,
J.
Wu
,
F.
Miyamaru
,
M.
Zhang
,
S.
Li
,
M. W.
Takeda
,
W.
Wen
, and
P.
Sheng
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
011911
(
2011
).
31.
V. A.
Fedotov
,
N.
Papasimakis
,
E.
Plum
,
A.
Bitzer
,
M.
Walther
,
P.
Kuo
,
D. P.
Tsai
, and
N. I.
Zheludev
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
223901
(
2010
).
32.
A.
Bitzer
,
J.
Wallauer
,
H.
Helm
,
H.
Merbold
,
T.
Feurer
, and
M.
Walther
,
Opt. Express
17
,
22108
(
2009
).
33.
I.
Sersic
,
M.
Frimmer
,
E.
Verhagen
, and
A. F.
Koenderink
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
213902
(
2009
).
34.
R.
Singh
,
C.
Rockstuhl
,
F.
Lederer
, and
W.
Zhang
,
Phys. Rev. B
79
,
085111
(
2009
).
35.
S.
Prosvirnin
and
S.
Zouhdi
, in
Advances in Electromagnetics of Complex Media and Metamaterials
(
Springer
,
2002
), pp.
281
290
.
36.
C.
Mateo-Segura
,
G.
Goussetis
, and
A. P.
Feresidis
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
58
,
2523
(
2010
).
37.
R.
Hill
and
B.
Munk
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
44
,
368
(
1996
).
38.
R.
Singh
,
C.
Rockstuhl
, and
W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
241108
(
2010
).
39.
J.
Wallauer
,
A.
Bitzer
,
S.
Waselikowski
, and
M.
Walther
,
Opt. Express
19
,
17283
(
2011
).
40.
B.
Ng
,
S. M.
Hanham
,
V.
Giannini
,
Z. C.
Chen
,
M.
Tang
,
Y. F.
Liew
,
N.
Klein
,
M. H.
Hong
, and
S. A.
Maier
,
Opt. Express
19
,
14653
(
2011
).
41.
V. A.
Markel
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
38
,
L115
(
2005
).
42.
S.
Zou
,
N.
Janel
, and
G. C.
Schatz
,
J. Chem. Phys.
120
,
10871
(
2004
).
You do not currently have access to this content.