We investigate ultrafast energy transfer between excitons and plasmons in ensembles of core-shell type nanoparticles consisting of metal core covered with a concentric thin J-aggregate (JA) shell. The high electric field localization by the Ag nanoprisms and the high oscillator strength of the JAs allow us to probe this interaction in the ultrastrong plasmon-exciton coupling regime. Linear and nonlinear optical properties of the coupled system have been measured using transient absorption spectroscopy revealing that the hybrid system shows half-plasmonic and half-excitonic properties. The tunability of the nanoprism plasmon resonance provides a flexible platform to study the dynamics of the hybrid state in a broad range of wavelengths.
References
1.
D. G.
Lidzey
, D. D. C.
Bradley
, M. S.
Skolnick
, T.
Virgili
, S.
Walker
, and D. M.
Whittaker
, Nature
395
, 53
(1998
).2.
J.
Bellessa
, C.
Bonnand
, J. C.
Plenet
, and J.
Mugnier
, Phys. Rev. Lett.
93
, 036404
(2004
).3.
D. E.
Gomez
, K. C.
Vernon
, P.
Mulvaney
, and T. J.
Davis
, Nano Lett.
10
, 274
(2010
).4.
G. P.
Wiederrecht
, G. A.
Wurtz
, and J.
Hranisavljevic
, Nano Lett.
4
, 2121
(2004
).5.
C.
Bonnand
, J.
Bellessa
, and J. C.
Plenet
, Phys. Rev. B
73
, 245330
(2006
).6.
K.
Aydin
, V. E.
Ferry
, R. M.
Briggs
, and H. A.
Atwater
, Nat. Commun.
2
, 517
(2011
).7.
G.
Scalari
, C.
Maissen
, D.
Turcinkova
, D.
Hagenmuller
, S. De
Liberato
, C.
Ciuti
, C.
Reichl
, D.
Schuh
, W.
Wegscheider
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Science
335
, 1323
(2012
).8.
J. A.
Hutchison
, T.
Schwartz
, C.
Genet
, E.
Devaux
, and T. W.
Ebbesen
, Angew. Chem., Int. Ed.
51
, 1592
(2012
).9.
10.
A. E.
Schlather
, N.
Large
, A. S.
Urban
, P.
Nordlander
, and N. J.
Halas
, Nano Lett.
13
, 3281
(2013
).11.
F.
Nagasawa
, M.
Takase
, and K.
Murakoshi
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 14
(2014
).12.
J.
Hranisavljevic
, N. M.
Dimitrijevic
, G. A.
Wurtz
, and G. P.
Wiederrecht
, J. Am. Chem. Soc.
124
, 4536
(2002
).13.
M.
Sukharev
, T.
Seideman
, R. J.
Gordon
, A.
Salomon
, and Y.
Prior
, ACS Nano
8
, 807
(2014
).14.
D. M.
Coles
, P.
Michetti
, C.
Clark
, W. C.
Tsoi
, A. M.
Adawi
, J. S.
Kim
, and D. G.
Lidzey
, Adv. Funct. Mater.
21
, 3691
(2011
).15.
N. T.
Fofang
, N. K.
Grady
, Z.
Fan
, A. O.
Govorov
, and N.
Halas
, Nano Lett.
11
, 1556
(2011
).16.
T.
Schwartz
, J. A.
Hutchison
, J.
Leonard
, C.
Genet
, S.
Haacke
, and T. W.
Ebbesen
, ChemPhysChem
14
, 125
(2013
).17.
D. E.
Gomez
, S. S.
Lo
, T. J.
Davis
, and G. V.
Hartland
, J. Phys. Chem. B
117
, 4340
(2013
).18.
P.
Vasa
, W.
Wang
, R.
Pomraenke
, M.
Lammers
, M.
Maiuri
, C.
Manzoni
, G.
Cerullo
, and C.
Lienau
, Nat. Photonics
7
, 128
(2013
).19.
L. J.
Sherry
, R.
Jin
, C. A.
Mirkin
, G. C.
Schatz
, and R.
Van Duyne
, Nano Lett.
6
, 2060
(2006
).20.
J.
Goebl
, Q.
Zhang
, L.
He
, and Y.
Yin
, Angew. Chem., Int. Ed.
51
, 552
(2012
).21.
D.
Aherne
, D. M.
Ledwith
, M.
Gara
, and J. M.
Kelly
, Adv. Funct. Mater.
18
, 2005
(2008
).22.
D. M.
Ledwith
, A. M.
Whelan
, and J. M.
Kelly
, J. Mater. Chem.
17
, 2459
(2007
).23.
N.
Kometani
, M.
Tsubonishi
, T.
Fujita
, K.
Asami
, and Y.
Yonezawa
, Langmuir
17
, 578
(2001
).24.
D. D.
Lekeufack
, A.
Brioude
, A. W.
Coleman
, P.
Miele
, J.
Bellessa
, L. De
Zeng
, and P.
Stadelmann
, Appl. Phys. Lett.
96
, 253107
(2010
).25.
A.
Yoshida
and N.
Kometani
, J. Phys. Chem. C
114
, 2867
(2010
).26.
G.
Zengin
, G.
Johansson
, P.
Johansson
, T. J.
Antosiewicz
, M.
Kall
, and T.
Shegai
, Sci. Rep.
3
, 3074
(2013
).27.
N. T.
Fofang
, T. H.
Park
, O.
Neumann
, N. A.
Mirin
, P.
Nordlander
, and N. J.
Halas
, Nano Lett.
8
, 3481
(2008
).28.
N.
Okada
, Y.
Hamanaka
, A.
Nakamura
, I.
Pastoriza-Santos
, and L. M.
Liz-Marzan
, J. Phys. Chem. B
108
, 8751
(2004
).29.
G.
Yaglioglu
, R.
Dorsinville
, and S.
Ozcelik
, J. Appl. Phys.
94
, 3143
(2003
).30.
G. P.
Wiederrecht
, G. A.
Wurtz
, and A.
Bouhelier
, Chem. Phys. Lett.
461
, 171
(2008
).31.
M.
Ringler
, A.
Schwemer
, M.
Wunderlich
, A.
Nichtl
, K.
Kürzinger
, T. A.
Klar
, and J.
Feldmann
, Phys. Rev. Lett.
100
, 203002
(2008
).32.
S.
Wang
, T.
Hutchison
, C.
Genet
, and T. W.
Ebbesen
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1433
(2014
).33.
W.
Wang
, P.
Vasa
, R.
Pomraenke
, R.
Vogelgesang
, A. D.
Sio
, E.
Sommer
, M.
Maiuri
, C.
Manzoni
, G.
Cerullo
, and C.
Lienau
, ACS Nano
8
, 1056
(2014
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.