Nanofotonica gebruikt lichtpolarisatie als informatiedrager in optische communicatie, voelen, en beeldvorming. Hetzelfde, de toestand van polarisatie van licht speelt een sleutelrol in de fotonische overdracht van kwantuminformatie. In dit kader is optische nanodevices die dynamische manipulatie van lichtpolarisatie op nanoschaal mogelijk maken, zijn belangrijke componenten voor toekomstige nanofotonische toepassingen.

Magnetische materialen vertonen zogenaamde magneto-optische (MO) activiteit, voortkomend uit spin-baan koppeling van elektronen, wat resulteert in een zwakke magnetische veld-geïnduceerde intensiteit en polarisatiemodulatie (in de orde van mrads) van gereflecteerd en doorgelaten licht.

Magneto-plasmonics onderzoekt nanostructuren en metamaterialen die de sterke lokale versterkingen combineren van elektromagnetische velden geproduceerd door gelokaliseerde plasmonexcitaties, d.w.z., collectieve oscillaties van de quasi-vrije elektronen, met de inherente MO-activiteit van het magnetische bestanddeel om de anders zwakke magnetische veld-geïnduceerde polarisatiemodulatie te verbeteren.

Tot nu toe, de meeste onderzoeken naar magneto-plasmonica waren gericht op de excitatie van heldere (d.w.z. stralende) gelokaliseerde dipolaire plasmonische resonanties, bekend als LPR's, om de MO-respons te versterken. Inderdaad, dimere en meerlagige hybride structuren van edele/ferromagnetische metalen evenals zuiver ferromagnetische nanoantennes hebben de mogelijkheid aangetoond om MO-eigenschappen te controleren en te versterken via plasmonische excitaties. Bijvoorbeeld, gezien het archetypische geval van een cirkelvormige schijfachtige magneto-plasmonische nanoantenne, invallende straling met de juiste golflengte wekt een LPR op. Wanneer de nanoantenne wordt "geactiveerd" door een magnetisch veld (H), een tweede LPR wordt geïnduceerd door de inherente MO-activiteit. Deze MO-geïnduceerde LPR (of MOLPR) wordt aangedreven door de LPR in een richting loodrecht op zowel H als de LPR. De verhouding tussen de MOLPR en de LPR komt overeen met de verhouding tussen de respons van orthogonaal uitstralende elektrische dipolen die de door het magnetische veld geïnduceerde polarisatieverandering van opnieuw uitgezonden licht bepalen.

Echter, het genereren van een grote MO-geïnduceerde elektrische dipool geassocieerd met de MOLPR is het resultaat van een parallelle verbetering van de elektrische dipool geassocieerd met de LPR. De gelijktijdige excitatie van de LPR, uitstralend licht met de invallende polarisatie, en MOLPR, uitstralend licht met een polarisatie loodrecht op de invallende straling, beperkt de maximaal haalbare verbetering van door magnetische velden geactiveerde verandering in polarisatie van gereflecteerd en doorgelaten licht. Vanwege deze beperking van de MO-verbetering die gebruikmaakt van heldere dipolaire resonanties, amplificaties tot ongeveer slechts 1 orde van grootte van de MO-respons zijn experimenteel waargenomen, die niet voldoende zijn voor praktische toepassingen van magneto-plasmonics tot actieve nanofotonica en platte optica.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een internationaal team onder leiding van het Nanoscience Cooperative Research Center, CIC Nanogune, Spanje, had een strategie voorgesteld en gedemonstreerd om de bovengenoemde beperking te overwinnen op basis van de excitatie van hybride multipolaire donkere modi van hoge orde als een levensvatbaar en krachtig middel om de magneto-optische activiteit van magneto-plasmonische nanoantennes te versterken en een ongekende actieve controle van de lichtpolarisatie onder een magnetisch veld. De auteurs hadden een symmetrie-gebroken niet-concentrische magneto-plasmon-schijf/plasmon-ring nanostructuur ontworpen om de vrije-ruimte-lichtexcitatie van multipolaire donkere modi in de plasmonische ring mogelijk te maken, evenals hun hybridisatie met de dipolaire plasmonische resonantie van de magneto-plasmonische schijf, leidend tot een hybride multipolaire modus.

De grote versterking van de MO-respons van onze nanoholte is het resultaat van een sterk verbeterde stralende MOLPR, die wordt aangedreven door de hybride multipolaire resonantie met lage straling in plaats van een heldere LPR. Op deze manier wordt de versterking van het uitgestraalde licht van de sterk versterkte MO-respons bereikt, waarbij een gelijktijdige grote versterking van uitgestraald licht met de invallende polarisatie wordt vermeden.