Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2023 - zeszyt 10

An elliptical dipole nanoantenna with an elliptical slot for enhanced plasmonic performance

Eliptyczna nanoantena dipolowa z eliptycznym gniazdem dla zwiększenia wydajności plazmonicznej

10.15199/48.2023.10.31

nr katalogowy: 145796
10.15199/48.2023.10.31

Streszczenie

The increasing interests in plasmonic nanoantennas focus on changing the resonance wavelength or field localization by changing the shape and size of the nanoantenna. A hollow elliptical dipole nanoantenna (HEDNA) is proposed by adding a slot in the two elliptical arms of the dipole nanoantenna. The plasmonic resonance wavelength and the localized field in the gap zone are increased. Moreover, the slot can be designed to enhance the overall absorption and reduce scattering. The simulations revealed that the antenna with the slot HEDNA scatters just 43% of the incident power and absorbs the remaining 57%, while the parent solid dipole scatters 90% of coupled power and absorbs the residual 10%. This represents switching from a scatterer to an absorber nanoantenna. Moreover, the achieved field enhancement in the gap region of the HEDA is more than three folds that without a slot. The proposed structure is easily applicable in sensing, thermoplasmonics, solar cells, and energy harvesting.

Abstract

Rosnące zainteresowanie nanoantenami plazmonicznymi koncentruje się na zmianie długości fali rezonansu lub lokalizacji pola poprzez zmianę kształtu i rozmiaru nanoanteny. Zaproponowano wydrążoną eliptyczną nanoantenę dipolową (HEDNA) poprzez dodanie szczeliny w dwóch eliptycznych ramionach nanoanteny dipolowej. Zwiększa się długość fali rezonansu plazmonowego i zlokalizowane pole w strefie szczeliny. Ponadto szczelinę można zaprojektować tak, aby zwiększyć ogólną absorpcję i zmniejszyć rozpraszanie. Symulacje wykazały, że antena ze szczeliną HEDNA rozprasza zaledwie 43% padającej mocy i pochłania pozostałe 57%, podczas gdy macierzysty stały dipol rozprasza 90% sprzężonej mocy i pochłania pozostałe 10%. Oznacza to przejście z nanoanteny rozpraszającej na nanoantenę pochłaniającą. Co więcej, osiągnięte wzmocnienie pola w obszarze szczeliny HEDA jest ponad trzykrotnie większe niż bez szczeliny. Proponowana struktura jest łatwa do zastosowania w wykrywaniu, termoplazmonice, ogniwach słonecznych i pozyskiwaniu energii

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] J. Alda, J. M. Rico-García, J. M. López-Alonso, and G. Boreman, “Optical antennas for nano-photonic applications,” Nanotechnology, vol. 16, no. 5, pp. S230–S234, May 2005, doi: 10.1088/0957-4484/16/5/017.
[2] G. A. E. Vandenbosch and Z. Ma, “Upper bounds for the solar energy harvesting efficiency of nano-antennas,” Nano Energy, vol. 1, no. 3, pp. 494–502, 2012.
[3] M. Agio, “Optical antennas as nanoscale resonators,” Nanoscale, vol. 4, no. 3, pp. 692–706, 2012.
[4] G. D. Boreman, “Infrared Antennas & Frequency Selective Surfaces,” Proc. of SPIE Vol. 8483 84830D-1, 2012.
[5] Javier Alda, José M. Rico-García, José M. López-Alonso, and Glenn Boreman,“Micro- and Nano-Antennas for Light Detection,” Egypt. J. Solids, Vol. 28, No. 1, 2005, pp. 1–13..
[6] F. J. González and G. D. Boreman, “Comparison of dipole, bowtie, spiral and log-periodic IR antennas,” Infrared Phys. Technol., vol. 46, no. 5, pp. 418–428, Jun. 2005, doi: 10.1016/j.infrared.2004.09.002.
[7] D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, P. J. Schuck, G. Kino, and W. E. Moerner, “Gap-dependent optical coupling of single bowtie nanoantennas resonant in the visible,” Nano Lett., vol. 4, no. 5, pp. 957–961, 2004.
[8] A. A. Rasheed and K. H. Sayidmarie, “Absorption enhancement and scattering inhibition for Bowtie Nanoantenna,” in 2022 IEEE 9th International Conference on Sciences of Electronics, Technologies of Information and Telecommunications (SETIT), 2022, pp. 75–80.
[9] A. A. Rasheed, K. H. Sayidmarie, and K. K. Mohammed, “Absorption Enhancement in an Amorphous Silicon Using a Cluster of Plasmonic Hollow Ring Nano-Antennas,” in International Conference on the Sciences of Electronics, Technologies of Information and Telecommunications, SETIT 2018, pp. 261–268.
[10] M. Hussein, N. F. F. Areed, M. F. O. Hameed, and S. S. A. Obayya, “Modified elliptical nanoantenna for energy harvesting applications,” in 2016 IEEE/ACES International Conference on Wireless Information Technology and Systems (ICWITS) and Applied Computational Electromagnetics (ACES), 2016, pp. 1– 2.
[11] L. Tang et al., “Nanometre-scale germanium photodetector enhanced by a near-infrared dipole antenna,” Nat. Photonics, vol. 2, no. 4, pp. 226–229, 2008.
[12] Y. Yifat, M. Ackerman, and P. Guyot-Sionnest, “Mid-IR colloidal quantum dot detectors enhanced by optical nano-antennas,” Appl. Phys. Lett., vol. 110, no. 4, p. 41106, 2017.
[13] L. Dong et al., “Nanogapped Au antennas for ultrasensitive surface-enhanced infrared absorption spectroscopy,” Nano Lett., vol. 17, no. 9, pp. 5768–5774, 2017.
[14] G. Jayaswal, A. Belkadi, A. Meredov, B. Pelz, G. Moddel, and A. Shamim, “Optical rectification through an Al2O3 based MIM passive rectenna at 28.3 THz,” Mater. today energy, vol. 7, pp. 1–9, 2018.
[15] E. Briones et al., “Seebeck nanoantennas for the detection and characterization of infrared radiation,” Opt. Express, vol. 22, no. 106, pp. A1538--A1546, 2014.
[16] D. P. Fromm, A. Sundaramurthy, P. J. Schuck, G. Kino, and W. E. Moerner, “Gap-Dependent Optical Coupling of Single ‘Bowtie’ Nanoantennas Resonant in the Visible,” Nano Lett., vol. 4, no. 5, pp. 957–961, May 2004, doi: 10.1021/nl049951r.
[17] S. Dodson, M. Haggui, R. Bachelot, J. Plain, S. Li, and Q. Xiong, “Optimizing Electromagnetic Hotspots in Plasmonic Bowtie Nanoantennae,” J. Phys. Chem. Lett., vol. 4, no. 3, pp. 496–501, Feb. 2013, doi: 10.1021/jz302018x.
[18] T. T. K. Nguyen, Q. M. Ngo, and T. K. Nguyen, “Design, Modeling, and Numerical Characteristics of the Plasmonic Dipole Nano-Antennas for Maximum Field Enhancement.,” Appl. Comput. Electromagn. Soc. J., vol. 32, no. 7, 2017.
[19] E. D. Onal and K. Guven, “Scattering Suppression and Absorption Enhancement in Contour Nanoantennas arXiv : 1511. 01312v1
[ physics. optics ] 4 Nov 2015,” 2015.
[20] I. Kavankova, S. Kovar, J. Valouch, M. Adamek,“ Review of Nanoantennas Application", PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 99 NR 1/2023.
[21] L. Novotny, “Effective wavelength scaling for optical antennas,” Phys. Rev. Lett., vol. 98, no. 26, pp. 266802–266806, 2007.
[22] E. J. Zeman and G. C. Schatz, “An accurate electromagnetic theory study of surface enhancement factors for silver, gold, copper, lithium, sodium, aluminum, gallium, indium, zinc, and cadmium,” J. Phys. Chem., vol. 91, no. 3, pp. 634–643, 1987.
[23] E. T. Yu, “Nanotechnology for photovoltaic applications,” CRC Press. Chapter 11, pp. 391–421, 2010.
[24] S.-W. Baek, J. Noh, C.-H. Lee, B. Kim, M.-K. Seo, and J.-Y. Lee, “Plasmonic forward scattering effect in organic solar cells: a powerful optical engineering method,” Sci. Rep., vol. 3, pp. 1726–1733, 2013.
[25] L. Tsakalakos, Nanotechnology for photovoltaics. CRC Press, 2010.
[26] S. Cakmakyapan, N. A. Cinel, A. O. Cakmak, and E. Ozbay, “Validation of electromagnetic field enhancement in nearinfrared through Sierpinski fractal nanoantennas,” Opt. Express, vol. 22, no. 16, pp. 19504–19512, 2014.
[27] K.-P. Chen, V. P. Drachev, J. D. Borneman, A. V Kildishev, and V. M. Shalaev, “Drude relaxation rate in grained gold nanoantennas,” Nano Lett., vol. 10, no. 3, pp. 916–922, 2010.
[28] R. M. Bakker et al., “Nanoantenna array-induced fluorescence enhancement and reduced lifetimes,” New J. Phys., vol. 10, no. 12, p. 125022, 2008.
[29] S. Verma, S. Ghosh, and B. M. A. Rahman, “All-Opto Plasmonic-Controlled Bulk and Surface Sensitivity Analysis of a Paired Nano-Structured Antenna with a Label-Free Detection Approach,” Sensors, vol. 21, no. 18, p. 6166, 2021.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2023-10 , nr katalogowy 145796 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2023-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	70.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2023-10

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma