A natural diamond surface was nanopatterned in a subablative scanning mode by multiple tightly focused 515-nm, 300-fs laser pulses, resulting in regular surface metagratings (nanoripples) with a subwavelength period of Λ ∼ 100 nm, an almost undistorted crystalline structure, free from sp2-carbon, oriented perpendicular to the laser polarization, and stackable both along and normal to their stripes. In the visible-near-IR ranges (400–800 nm), these metagratings demonstrate the pronounced resonant antireflective effect in the wavelength range near ∼4Λ, while the overall specular reflectance/transmittance is considerably diminished with respect to both the simulation results and the reference diamond surface, indicating strong (∼50%) coupling/scattering of light inside the crystal. Our modeling indicates the laser wavelength-dependent plasmon-based tunability of metagrating periods, implying the corresponding tunability of their spectral response.
References
1.
S. H.
Park
, S. H.
Lee
, D. Y.
Yang
, H. J.
Kong
, and K. S.
Lee
, Appl. Phys. Lett.
87
, 154108
(2005
).2.
A.
Camposeo
, L.
Persano
, M.
Farsari
, and D.
Pisignano
, Adv. Opt. Mater.
7
, 1800419
(2019
).3.
Y.
Shimotsuma
, P. G.
Kazansky
, J.
Qiu
, and K.
Hirao
, Phys. Rev. Lett.
91
(24
), 247405
(2003
).4.
K.
Sugioka
, Y.
Cheng
, and K.
Midorikawa
, Appl. Phys. A
81
(1
), 1
(2005
).5.
M.
Shinoda
, R. R.
Gattass
, and E.
Mazur
, J. Appl. Phys.
105
, 053102
(2009
).6.
M.
Huang
, F.
Zhao
, Y.
Cheng
, N.
Xu
, and Z.
Xu
, Phys. Rev. B
79
(12
), 125436
(2009
).7.
A. A.
Ionin
, S. I.
Kudryashov
, K. E.
Mikhin
, L. V.
Seleznev
, and D. V.
Sinitsyn
, Laser Phys.
20
, 1778
(2010
).8.
S.
Antipov
, C.
Jing
, A.
Kanareykin
, J. E.
Butler
, V.
Yakimenko
, M.
Fedurin
, and W.
Gai
, Appl. Phys. Lett.
100
, 132910
(2012
).9.
R.
Nüske
, A.
Jurgilaitis
, H.
Enquist
, M.
Harb
, Y.
Fang
, U.
Håkanson
, and J.
Larsson
, Appl. Phys. Lett.
100
(4
), 043102
(2012
).10.
S. M.
Pimenov
, B.
Neuenschwander
, B.
Jäggi
, and V.
Romano
, Appl. Phys. A
114
, 1309
(2014
).11.
N.
Morita
, Y.
Shimotsuma
, M.
Nishi
, M.
Sakakura
, K.
Miura
, and K.
Hirao
, Appl. Phys. Lett.
105
(20
), 201104
(2014
).12.
J. I.
Mitchell
, N.
Zhou
, W.
Nam
, L. M.
Traverso
, and X.
Xu
, Sci. Rep.
4
, 3908
(2014
).13.
B.
Sotillo
, V.
Bharadwaj
, J. P.
Hadden
, M.
Sakakura
, A.
Chiappini
, T. T.
Fernandez
, and R.
Osellame
, Sci. Rep.
6
, 35566
(2016
).14.
V. V.
Kononenko
, I. I.
Vlasov
, V. M.
Gololobov
, T. V.
Kononenko
, T. A.
Semenov
, A. A.
Khomich
, and V. I.
Konov
, Appl. Phys. Lett.
111
, 081101
(2017
).15.
Y. C.
Chen
, P. S.
Salter
, S.
Knauer
, L.
Weng
, A. C.
Frangeskou
, C. J.
Stephen
, and G. W.
Morley
, Nat. Photonics
11
(2
), 77
(2017
).16.
T.
Kurita
, N.
Mineyuki
, Y.
Shimotsuma
, M.
Fujiwara
, N.
Mizuochi
, M.
Shimizu
, and K.
Miura
, Appl. Phys. Lett.
113
(21
), 211102
(2018
).17.
B.
Sotillo
, A.
Chiappini
, V.
Bharadwaj
, J. P.
Hadden
, F.
Bosia
, P.
Olivero
, and S. M.
Eaton
, Appl. Phys. Lett.
112
, 031109
(2018
).18.
T.
Apostolova
, B. D.
Oreshkov
, A. A.
Ionin
, S. I.
Kudryashov
, S. V.
Makarov
, N. N.
Mel'nik
, and A. A.
Rudenko
, Appl. Surf. Sci.
427
, 334
(2018
).19.
D.
Trucchi
, A.
Bellucci
, M.
Girolami
, M.
Mastellone
, and S.
Orlando
, Coatings
7
(11
), 185
(2017
).20.
M.
Shimizu
, Y.
Shimotsuma
, M.
Sakakura
, T.
Yuasa
, H.
Homma
, Y.
Minowa
, and K.
Hirao
, Opt. Express
17
(1
), 46
(2009
).21.
A.
Courvoisier
, M. J.
Booth
, and P. S.
Salter
, Appl. Phys. Lett.
109
(3
), 031109
(2016
).22.
H.
Clevenson
, M. E.
Trusheim
, C.
Teale
, T.
Schröder
, D.
Braje
, and D.
Englund
, Nat. Phys.
11
(5
), 393
(2015
).23.
A. J.
Batista
, P. G.
Vianna
, H. B.
Ribeiro
, C. J. S.
de Matos
, and A. S. L.
Gomes
, Sci. Rep.
9
(1
), 8927
(2019
).24.
P.
Calvani
, A.
Bellucci
, M.
Girolami
, S.
Orlando
, V.
Valentini
, A.
Lettino
, and D. M.
Trucchi
, Appl. Phys. A
117
, 25
(2014
).25.
M.
Martínez-Calderon
, J. J.
Azkona
, N.
Casquero
, A.
Rodríguez
, M.
Domke
, M.
Gómez-Aranzadi
, and E.
Granados
, Sci. Rep.
8
(1
), 14262
(2018
).26.
V.
Bharadwaj
, O.
Jedrkiewicz
, J. P.
Hadden
, B.
Sotillo
, M. R.
Vázquez
, P.
Dentella
, and M.
Bollani
, J. Phys.: Photonics
1
, 022001
(2019
).27.
A. A.
Ionin
, Y. M.
Klimachev
, A. Y.
Kozlov
, S. I.
Kudryashov
, A. E.
Ligachev
, S. V.
Makarov
, L. V.
Seleznev
, D. V.
Sinitsyn
, A. A.
Rudenko
, and R. A.
Khmelnitsky
, Appl. Phys. B
111
, 419
(2013
).28.
Z.
Wang
, Y. B.
Li
, F.
Bai
, C. W.
Wang
, and Q. Z.
Zhao
, Opt. Laser Technol.
81
, 60
(2016
).29.
H.
Jeon
, S.
Koo
, W. M.
Reese
, P.
Loskill
, C. P.
Grigoropoulos
, and K. E.
Healy
, Nat. Mater.
14
, 918
(2015
).30.
31.
T. V.
Kononenko
, M.
Meier
, M. S.
Komlenok
, S. M.
Pimenov
, V.
Romano
, V. P.
Pashinin
, and V. I.
Konov
, Appl. Phys. A
90
, 645
(2008
).32.
G.
Miyaji
and K.
Miyazaki
, Opt. Express
16
, 16265
(2008
).33.
Q.
Wu
, Y.
Ma
, R.
Fang
, Y.
Liao
, and Q.
Yu
, Appl. Phys. Lett.
82
, 1703
(2003
).34.
N.
Yasumaru
, K.
Miyazaki
, and J.
Kiuchi
, Appl. Phys. A
76
, 983
(2003
).35.
J.
Bonse
, A.
Rosenfeld
, and J.
Krüger
, J. Appl. Phys.
106
, 104910
(2009
).36.
J.
Gottmann
, D.
Wortmann
, and M.
Horstmann-Jungemann
, Appl. Surf. Sci.
255
, 5641
(2009
).37.
P. A.
Danilov
, A. A.
Ionin
, S. I.
Kudryashov
, S. V.
Makarov
, A. A.
Rudenko
, P. N.
Saltuganov
, L. V.
Seleznev
, V. I.
Yurovskikh
, D. A.
Zayarny
, and T.
Apostolova
, J. Exp. Theor. Phys.
120
, 946
(2015
).38.
C. D.
Spataru
, L. X.
Benedict
, and S. G.
Louie
, Phys. Rev. B
69
, 205204
(2004
).39.
R. J.
Bell
, R. W.
Alexander
, Jr., W. F.
Parks
, and G.
Kovener
, Opt. Commun.
8
, 147
(1973
).40.
S. A.
Akhmanov
, V. I.
Emel'yanov
, N. I.
Koroteev
, and V. N.
Seminogov
, Sov. Phys. Usp.
28
, 1084
(1985
).41.
M.
Csete
, S.
Hild
, A.
Plettl
, P.
Ziemann
, Z.
Bor
, and O.
Marti
, Thin Solid Films
453
, 114
(2004
).42.
A. A.
Ionin
, S. I.
Kudryashov
, L. V.
Seleznev
, D. V.
Sinitsyn
, and V. I.
Emel'yanov
, JETP Lett.
97
, 121
(2013
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.