Colloidally synthesized nanocubes strongly coupled to conducting films hold great promise for enhancing different nonlinear optical processes. They exhibit a robust and sensitive scattering response that can be easily controlled by their geometrical and material parameters. Strong local field enhancement is generated at the gap regions between the nanocubes and the metallic film. We show that strong optical bistability and all-optical switching behavior can be obtained by loading these nanogaps with Kerr nonlinear materials. Relatively low input intensities are required to obtain these nonlinear effects. The proposed design can lead to efficient, low-power, and ultrafast all-optical memories and scattering nanoswitches.
REFERENCES
1.
2.
H. M.
Gibbs
, S. L.
McCall
, and T. N. C.
Venkatesan
, Phys. Rev. Lett.
36
, 1135
(1976
).3.
P. W.
Smith
and E. H.
Turner
, Appl. Phys. Lett.
30
, 280
(1977
).4.
M. F.
Yanik
, S.
Fan
, and M.
Soljacic
, Appl. Phys. Lett.
83
, 2739
–2741
(2003
).5.
V. R.
Almeida
and M.
Lipson
, Opt. Lett.
29
, 2387
–2389
(2004
).6.
M.
Notomi
, A.
Shinya
, S.
Mitsugi
, G.
Kira
, E.
Kuramochi
, and T.
Tanabe
, Opt. Express
13
, 2678
–2687
(2005
).7.
M. L.
Brongersma
and V. M.
Shalaev
, Science
328
, 440
–441
(2010
).8.
J. A.
Schuller
, E. S.
Barnard
, W.
Cai
, Y. C.
Jun
, J. S.
White
, and M. L.
Brongersma
, Nature Mater.
9
, 193
–204
(2010
).9.
A. P.
Alivisatos
, K. P.
Johnsson
, X.
Peng
, T. E.
Wilson
, C. J.
Loweth
, M. P.
Bruchenz
, Jr., and P. G.
Schultz
, Nature
382
, 609
(1996
).10.
C. A.
Mirkin
, R. L.
Letsinger
, R. C.
Mucic
, and J. J.
Storhoff
, Nature
382
, 607
(1996
).11.
A.
Moreau
, C.
Ciracì
, J. J.
Mock
, R. T.
Hill
, Q.
Wang
, B.
Wiley
, A.
Chilkoti
, and D. R.
Smith
, Nature
492
, 86
(2012
).12.
M.
Kauranen
and A. V.
Zayats
, Nat. Photonics
6
, 737
–748
(2012
).13.
M. W.
Klein
, C.
Enkrich
, M.
Wegener
, and S.
Linden
, Science
313
, 502
(2006
).14.
Y.
Zhang
, N. K.
Grady
, C.
Ayala-Orozco
, and N. J.
Halas
, Nano Lett.
11
, 5519
–5523
(2011
).15.
F. B. P.
Niesler
, N.
Feth
, S.
Linden
, and M.
Wegener
, Opt. Lett.
36
, 1533
(2011
).16.
C.
Ciracì
, E.
Poutrina
, M.
Scalora
, and D. R.
Smith
, Phys. Rev. B
85
, 201403
–R
(2012
).17.
C.
Ciracì
, E.
Poutrina
, M.
Scalora
, and D. R.
Smith
, Phys. Rev. B
86
, 115451
(2012
).18.
H.
Aouani
, M.
Navarro-Cia
, M.
Rahmani
, T. P. H.
Sidiropoulos
, M.
Hong
, R. F.
Oulton
, and S. A.
Maier
, Nano Lett.
12
, 4997
–5002
(2012
).19.
J. A.
Porto
, L.
Martın-Moreno
, and F. J.
Garcıa-Vidal
, Phys. Rev. B
70
, 081402
–R
(2004
).20.
G. A.
Wurtz
, R.
Pollard
, and A. V.
Zayats
, Phys. Rev. Lett.
97
, 057402
(2006
).21.
C. J.
Min
, P.
Wang
, C. C.
Chen
, Y.
Deng
, Y. H.
Lu
, H.
Ming
, T. Y.
Ning
, Y. L.
Zhou
, and G. Z.
Yang
, Opt. Lett.
33
, 869
–871
(2008
).22.
P. Y.
Chen
, M.
Farhat
, and A.
Alù
, Phys. Rev. Lett.
106
, 105503
(2011
).23.
P. Y.
Chen
and A.
Alù
, Phys. Rev. B
82
, 235405
(2010
).24.
C.
Argyropoulos
, P. Y.
Chen
, G.
D’Aguanno
, N.
Engheta
, and A.
Alù
, Phys. Rev. B
85
, 045129
(2012
).25.
C.
Argyropoulos
, P. Y.
Chen
, F.
Monticone
, G.
D'Aguanno
, and A.
Alù
, Phys. Rev. Lett.
108
, 263905
(2012
).26.
P. Y.
Chen
, C.
Argyropoulos
, and A.
Alù
, Nanophotonics
1
, 221
–233
(2012
).27.
V. P.
Drachev
, A. K.
Buin
, H.
Nakotte
, and V. M.
Shalaev
, Nano Lett.
4
, 1535
(2004
).28.
J.
Haus
, R.
Inguva
, and C.
Bowden
, Phys. Rev. A
40
, 5729
(1989
).29.
I.
Iorsh
, P.
Belov
, A.
Zharov
, I.
Shadrivov
, and Y.
Kivshar
, Phys. Rev. A
86
, 023819
(2012
).30.
R.
Czaplicki
, H.
Husu
, R.
Siikanen
, J.
Mäkitalo
, M.
Kauranen
, J.
Laukkanen
, J.
Lehtolahti
, and M.
Kuittinen
, Phys. Rev. Lett.
110
, 093902
(2013
).31.
B. K.
Canfield
, S.
Kujala
, K.
Jefimovs
, J.
Turunen
, and M.
Kauranen
, Opt. Express
12
, 5418
(2004
).32.
M. W.
Klein
, M.
Wegener
, N.
Feth
, and S.
Linden
, Opt. Express
15
, 5238
(2007
).33.
A. R.
Davoyan
, I. V.
Shadrivov
, A. A.
Zharov
, D. K.
Gramotnev
, and Y. S.
Kivshar
, Phys. Rev. Lett.
105
, 116804
(2010
).34.
J.
Renger
, R.
Quidant
, N.
van Hulst
, and L.
Novotny
, Phys. Rev. Lett.
104
, 046803
(2010
).35.
J.
Renger
, R.
Quidant
, and L.
Novotny
, Opt. Express
19
, 1777
(2011
).36.
G. A.
Wurtz
, R.
Pollard
, W.
Hendren
, G. P.
Wiederrecht
, D. J.
Gosztola
, V. A.
Podolskiy
, and A. V.
Zayats
, Nat. Nanotechnol.
6
, 107
(2011
).37.
R.
Esteban
, T. V.
Teperik
, and J. J.
Greffet
, Phys. Rev. Lett.
104
, 026802
(2010
).38.
A.
Moreau
, C.
Ciraci
, and D. R.
Smith
, Phys. Rev. B
87
, 045401
(2013
).39.
J. B.
Lassiter
, F.
McGuire
, J. J.
Mock
, C.
Ciracì
, R. T.
Hill
, B. J.
Wiley
, A.
Chilkoti
, and D. R.
Smith
, Nano Lett.
13
, 5866
(2013
).40.
Y.-J.
Lu
, J.
Kim
, H.-Y.
Chen
, C.
Wu
, N.
Dabidian
, C. E.
Sanders
, C.-Y.
Wang
, M.-Y.
Lu
, B.-H.
Li
, X.
Qiu
, W.-H.
Chang
, L.-J.
Chen
, G.
Shvets
, C.-K.
Shih
, and S.
Gwo
, Science
337
, 450
(2012
).41.
P.
Nagpal
, N. C.
Lindquist
, S. H.
Oh
, and D. J.
Norris
, Science
325
, 594
(2009
).42.
E. D.
Palik
, Handbook of Optical Constants of Solids
(Academic Press
, New York
, 1985
).43.
C.
Ciracì
, R. T.
Hill
, J. J.
Mock
, Y.
Urzhumov
, A. I.
Fernández-Domínguez
, S. A.
Maier
, J. B.
Pendry
, A.
Chilkoti
, and D. R.
Smith
, Science
337
, 1072
–1074
(2012
).44.
Y.
Luo
, A. I.
Fernández-Domínguez
, A.
Wiener
, S. A.
Maier
, and J. B.
Pendry
, Phys. Rev. Lett.
111
, 093901
(2013
).45.
C.
Ciracì
, Y.
Urzhumov
, and D. R.
Smith
, JOSA B
30
, 2731
–2736
(2013
).46.
C.
Ciracì
, J. B.
Pendry
, and D. R.
Smith
, Chem. Phys. Chem.
14
, 1109
–1116
(2013
).47.
K. J.
Savage
, M. M.
Hawkeye
, R.
Esteban
, A. G.
Borisov
, J.
Aizpurua
, and J. J.
Baumberg
, Nature
491
, 574
–577
(2012
).48.
J.
Scholl
, A.
Garcia-Etxarri
, A. L.
Koh
, and J. A.
Dionne
, Nano Lett.
13
, 564
–569
(2013
).49.
R.
Esteban
, A. G.
Borisov
, P.
Nordlander
, and J.
Aizpurua
, Nat. Commun.
3
, 825
(2012
).50.
M.
Abb
, P.
Albella
, J.
Aizpurua
, and O. L.
Muskens
, Nano Lett.
11
, 2457
(2011
).51.
C.
Ciracì
, X.
Chen
, J. J.
Mock
, F.
McGuire
, X.
Liu
, S.-H.
Oh
, and D. R.
Smith
, Appl. Phys. Lett.
104
, 023109
(2014
).52.
G.
Decher
, Science
277
, 1232
–1237
(1997
).53.
D. J.
Williams
, Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
23
, 690
(1984
).54.
Y. G.
Chen
, T. S.
Kao
, B.
Ng
, X.
Li
, X. G.
Luo
, B.
Luk'yanchuk
, S. A.
Maier
, and M. H.
Hong
, Opt. Express
21
, 13691
–13698
(2013
).55.
R. J.
Walters
, R. V. A.
van Loon
, I.
Brunets
, J.
Schmitz
, and A.
Polman
, Nature Mater.
9
, 21
(2009
).56.
J. A.
Dionne
, L. A.
Sweatlock
, M. T.
Sheldon
, A. P.
Alivisatos
, and H.
Atwater
, IEEE J. Quantum Electron.
16
, 295
–306
(2010
).57.
J.
Mertens
, A. L.
Eiden
, D. O.
Sigle
, F.
Huang
, A.
Lombardo
, Z.
Sun
, R. S.
Sundaram
, A.
Colli
, C.
Tserkezis
, J.
Aizpurua
, S.
Milana
, A. C.
Ferrari
, and J. J.
Baumberg
, Nano Lett.
13
, 5033
–5038
(2013
).58.
E.
Hendry
, P. J.
Hale
, J.
Moger
, A. K.
Savchenko
, and S. A.
Mikhailov
, Phys. Rev. Lett.
105
, 097401
(2010
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.