Light-matter interactions in nanostructures have shown great potential in physics, chemistry, surface science, materials science, and nanophotonics. Herein, for the first time, the feasibility of strong coupling between plasmon-induced magnetic resonant and propagating surface plasmonic modes at visible light frequencies is theoretically demonstrated. Taking advantage of the strong coupling between these modes allowed for a narrow-linewidth hybrid mode with a huge electromagnetic field enhancement to be acquired. This work can serve as a promising guide for designing a platform with strong coupling based on magnetic resonance at visible and even ultraviolet light frequencies and also offers an avenue for further exploration of strong light-matter interactions at the nanoscale.
REFERENCES
1.
Y.
Xu
, D. X.
Ji
, H. M.
Song
, N.
Zhang
, Y. W.
Hu
, T. D.
Anthopoulos
, E. M.
Di Fabrizio
, S. M.
Xiao
, and Q. Q.
Gan
, Adv. Opt. Mater.
6
, 1800444
(2018
).2.
J. F.
Li
, Y. J.
Zhang
, S. Y.
Ding
, R.
Panneerselvam
, and Z. Q.
Tian
, Chem. Rev.
117
, 5002
(2017
).3.
F.
Zhao
, W. M.
Yang
, T. M.
Shih
, S. L.
Feng
, Y. J.
Zhang
, J. F.
Li
, J. W.
Yan
, and Z. L.
Yang
, ACS Photonics
5
, 3519
(2018
).4.
R. T.
Mackin
, B.
Cohn
, L.
Chuntonov
, and I. V.
Rubtsov
, J. Chem. Phys.
151
, 121103
(2019
).5.
F. L.
Zhang
, J.
Yi
, W.
Peng
, P. M.
Radjenovic
, H.
Zhang
, Z. Q.
Tian
, and J. F.
Li
, Angew. Chem., Int. Ed.
58
, 12133
(2019
).6.
Y. J.
Zhang
, S.
Chen
, P.
Radjenovic
, N.
Bodappa
, H.
Zhang
, Z. L.
Yang
, Z. Q.
Tian
, and J. F.
Li
, Anal. Chem.
91
, 5316
(2019
).7.
J. C.
Dong
, X. G.
Zhang
, V.
Briega-Martos
, X.
Jin
, J.
Yang
, S.
Chen
, Z. L.
Yang
, D. Y.
Wu
, J. M.
Feliu
, C. T.
Williams
, Z. Q.
Tian
, and J. F.
Li
, Nat. Energy
4
, 60
(2019
).8.
J.
Pérez-Juste
, I.
Pastoriza-Santos
, and L. M.
Liz-Marzán
, J. Mater. Chem. A
1
, 20
(2013
).9.
C.
Wang
, X.
Chen
, T. M.
Chen
, J.
Wei
, S. N.
Qin
, J. F.
Zheng
, H.
Zhang
, Z. Q.
Tian
, and J. F.
Li
, “In-situ SHINERS study of the size and composition effect of Pt-based nanocatalysts in catalytic hydrogenation,” ChemCatChem
(published online).10.
Y. H.
Wang
, J. B.
Le
, W. Q.
Li
, J.
Wei
, P. M.
Radjenovic
, H.
Zhang
, X. S.
Zhou
, J.
Cheng
, Z. Q.
Tian
, and J. F.
Li
, Angew. Chem., Int. Ed.
131
, 16208
(2019
).11.
G.
Khitrova
, H.
Gibbs
, M.
Kira
, S. W.
Koch
, and A.
Scherer
, Nat. Phys.
2
, 81
(2006
).12.
E.
Cao
, W. H.
Lin
, M. T.
Sun
, W. J.
Liang
, and Y. Z.
Song
, Nanophotonics
7
, 145
(2018
).13.
D. N.
Basov
, M. M.
Fogler
, and F. G.
De Abajo
, Science
354
, aag1992
(2016
).14.
J.
Lee
, S.
Pak
, Y. W.
Lee
, Y.
Cho
, J.
Hong
, P.
Giraud
, H. S.
Shin
, S. M.
Morris
, J. I.
Sohn
, S.
Cha
, and J. M.
Kim
, Nat. Commun.
8
, 14734
(2017
).15.
A. J.
Kollar
, A. T.
Papageorge
, V. D.
Vaidya
, Y.
Guo
, J.
Keeling
, and B. L.
Lev
, Nat. Commun.
8
, 14386
(2017
).16.
T.
Chervy
, J. L.
Xu
, Y. L.
Duan
, C. L.
Wang
, L.
Mager
, M.
Frerejean
, J. A.
Munninghoff
, P.
Tinnemans
, J. A.
Hutchison
, C.
Genet
, A. E.
Rowan
, T.
Rasing
, and T. W.
Ebbesen
, Nano Lett.
16
, 7352
(2016
).17.
M.
Sukharev
and R.
Pachter
, J. Chem. Phys.
148
, 094701
(2018
).18.
A.
Palatnik
, H.
Aviv
, and Y. R.
Tischler
, ACS Nano
11
, 4514
(2017
).19.
T. K.
Hakala
, H. T.
Rekola
, A. I.
Vakevainen
, J. P.
Martikainen
, M.
Necada
, A. J.
Moilanen
, and P.
Torma
, Nat. Commun.
8
, 13687
(2017
).20.
W.
Du
, S.
Zhang
, J.
Shi
, J.
Chen
, Z. Y.
Wu
, Y.
Mi
, Z. X.
Liu
, Y. Z.
Li
, X. Y.
Sui
, R.
Wang
, X. H.
Qiu
, T.
Wu
, Y. F.
Xiao
, Q.
Zhang
, and X. F.
Liu
, ACS Photonics
5
, 2051
(2018
).21.
X.
Shi
, K.
Ueno
, T.
Oshikiri
, Q.
Sun
, K.
Sasaki
, and H.
Misawa
, Nat. Nanotechnol.
13
, 953
(2018
).22.
J.
Galego
, F. J.
Garcia-Vidal
, and J.
Feist
, Phys. Rev. X
5
, 041022
(2015
).23.
D. G.
Baranov
, M.
Wersäll
, J.
Cuadra
, T. J.
Antosiewicz
, and T.
Shegai
, ACS Photonics
5
, 24
(2017
).24.
J.
Bellessa
, C.
Bonnand
, J. C.
Plenet
, and J.
Mugnier
, Phys. Rev. Lett.
93
, 036404
(2004
).25.
R.
Chikkaraddy
, B.
de Nijs
, F.
Benz
, S. J.
Barrow
, O. A.
Scherman
, E.
Rosta
, A.
Demetriadou
, P.
Fox
, O.
Hess
, and J. J.
Baumberg
, Nature
535
, 127
(2016
).26.
K.
Santhosh
, O.
Bitton
, L.
Chuntonov
, and G.
Haran
, Nat. Commun.
7
, 11823
(2016
).27.
M. E.
Kleemann
, R.
Chikkaraddy
, E. M.
Alexeev
, D.
Kos
, C.
Carnegie
, W.
Deacon
, A. C.
de Pury
, C.
Grosse
, B.
de Nijs
, J.
Mertens
, A. I.
Tartakovskii
, and J. J.
Baumberg
, Nat. Commun.
8
, 1296
(2017
).28.
T.
Itoh
and Y. S.
Yamamoto
, J. Chem. Phys.
149
, 244701
(2018
).29.
D.
Zheng
, S. P.
Zhang
, Q.
Deng
, M.
Kang
, P.
Nordlander
, and H. X.
Xu
, Nano Lett.
17
, 3809
(2017
).30.
L. C.
Sun
, Z.
Li
, J. S.
He
, and P. J.
Wang
, Nanophotonics
8
, 1835
(2019
).31.
T.
Itoh
, Y. S.
Yamamoto
, and T.
Okamoto
, Phys. Rev. B
99
, 235409
(2019
).32.
S.
Balci
, E.
Karademir
, and C.
Kocabas
, Opt. Lett.
40
, 3177
(2015
).33.
Q. Y.
Lin
, Z.
Li
, K. A.
Brown
, M. N.
OʾBrien
, M. B.
Ross
, Y.
Zhou
, S.
Butun
, P. C.
Chen
, G. C.
Schatz
, V. P.
Dravid
, K.
Aydin
, and C. A.
Mirkin
, Nano Lett.
15
, 4699
(2015
).34.
L. H.
Lin
, M. S.
Wang
, X. L.
Wei
, X. L.
Peng
, C.
Xie
, and Y. B.
Zheng
, Nano Lett.
16
, 7655
(2016
).35.
H. Y.
Shan
, Y.
Yu
, X. L.
Wang
, Y.
Luo
, S.
Zu
, B. W.
Du
, T. Y.
Han
, B. W.
Li
, Y.
Li
, J. R.
Wu
, F.
Lin
, K. B.
Shi
, B. K.
Tay
, Z.
Liu
, X.
Zhu
, and Z. Y.
Fang
, Light: Sci. Appl.
8
, 9
(2019
).36.
J. H.
Yang
, Q.
Sun
, K.
Ueno
, X.
Shi
, T.
Oshikiri
, H.
Misawa
, and Q. H.
Gong
, Nat. Commun.
9
, 4858
(2018
).37.
F.
Monticone
and A.
Alù
, J. Mater. Chem. C
2
, 9059
(2014
).38.
M.
Lorente-Crespo
, L.
Wang
, R.
Ortuno
, C.
Garcia-Meca
, Y.
Ekinci
, and A.
Martinez
, Nano Lett.
13
, 2654
(2013
).39.
L.
Landau
and E.
Lifshitz
, Electrodynamics of Continuous Media
(Pergamon Press
, Oxford, UK
, 1984
).40.
J. B.
Pendry
, A. J.
Holden
, D. J.
Robbins
, and W. J.
Stewart
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
47
, 2075
(1999
).41.
J. W.
Sun
, H. T.
Hu
, D.
Zheng
, D. X.
Zhang
, Q.
Deng
, S. P.
Zhang
, and H. X.
Xu
, ACS Nano
12
, 10393
(2018
).42.
F.
Shafiei
, F.
Monticone
, K. Q.
Le
, X. X.
Liu
, T.
Hartsfield
, A.
Alù
, and X. Q.
Li
, Nat. Nanotechnol.
8
, 95
(2013
).43.
T. J.
Yen
, W. J.
Padilla
, N.
Fang
, D. C.
Vier
, D. R.
Smith
, J. B.
Pendry
, D. N.
Basov
, and X.
Zhang
, Science
303
, 1494
(2004
).44.
M.
Klein
, C.
Enkrich
, M.
Wegener
, C.
Soukoulis
, and S.
Linden
, Opt. Lett.
31
, 1259
(2006
).45.
A. I.
Kuznetsov
, A. E.
Miroshnichenko
, Y. H.
Fu
, V.
Viswanathan
, M.
Rahmani
, V.
Valuckas
, Z. Y.
Pan
, Y.
Kivshar
, D. S.
Pickard
, and B.
Luk’yanchuk
, Nat. Commun.
5
, 3104
(2014
).46.
C. E. G.
Dolling
and M.
Wegener
, Opt. Lett.
30
, 3198
(2005
).47.
S.
Zhang
, W.
Fan
, N. C.
Panoiu
, K. J.
Malloy
, R. M.
Osgood
, and S. R.
Brueck
, Phys. Rev. Lett.
95
, 137404
(2005
).48.
S.
Chen
, Y. J.
Zhang
, T. M.
Shih
, W. M.
Yang
, S.
Hu
, X. Y.
Hu
, J. F.
Li
, B.
Ren
, B. W.
Mao
, Z. L.
Yang
, and Z. Q.
Tian
, Nano Lett.
18
, 2209
(2018
).49.
C.
Zhang
, J. M.
Fang
, W. H.
Yang
, Q. H.
Song
, and S. M.
Xiao
, Adv. Opt. Mater.
5
, 1700469
(2017
).50.
C. J.
Tang
, P.
Zhan
, Z. S.
Cao
, J.
Pan
, Z.
Chen
, and Z. L.
Wang
, Phys. Rev. B
83
, 041402
(2011
).51.
J. F.
Li
, Y. F.
Huang
, Y.
Ding
, Z. L.
Yang
, S. B.
Li
, X. S.
Zhou
, F. R.
Fan
, W.
Zhang
, Z. Y.
Zhou
, D. Y.
Wu
, B.
Ren
, Z. L.
Wang
, and Z. Q.
Tian
, Nature
464
, 392
(2010
).52.
C. Y.
Li
, J. B.
Le
, Y. H.
Wang
, S.
Chen
, Z. L.
Yang
, J. F.
Li
, J.
Cheng
, and Z. Q.
Tian
, Nat. Mater.
18
, 697
(2019
).53.
54.
D. G.
Kotsifaki
and S. N.
Chormaic
, Nanophotonics
8
, 1227
(2019
).55.
N. J.
Halas
, S.
Lal
, W.-S.
Chang
, S.
Link
, and P.
Nordlander
, Chem. Rev.
111
, 3913
(2011
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.