Плазмонный хиральный метаповерхностный поглотитель на основе двухслойной четырехкратно закрученной полукруглой наноструктуры на оптической частоте

Введение

Хиральность, как повсеместное явление, которое относится к геометрическому свойству объекта, лишенному какой-либо инверсии или симметрии зеркальной плоскости, всегда остается актуальной для науки и техники [1, 2]. Хиральные среды обычно появляются в двух энантиомерных формах, которые являются зеркально-симметричными и не накладываются на его зеркальное изображение путем простого переноса или вращения, и они всегда проявляют разную реакцию на правую и левую круговую поляризацию (RCP, «+» и ЛКП, «-») свет [1]. Круговой дихроизм (ЦД) света с круговой поляризацией (ЦП), происходящий из хиральной среды, является одним из самых уникальных хироптических свойств. Эффект CD относится к разному отклику света RCP и LCP в хиральных средах, что имеет широкие перспективы применения в биологии, медицине, химии, а также в оптоэлектронных устройствах, связанных с поляризацией [3,4,5]. Однако эффект CD у натуральных материалов довольно слаб, что крайне затрудняет его практическое применение. Метаповерхности, как подкласс метаматериалов, состоящих из однослойных или многослойных плоских структур, демонстрируют большие перспективы для произвольных электромагнитных (ЭМ) волн или манипуляций со светом [6,7,8,9,10]. В частности, хиральная метаповерхность (CMS) может усиливать киральные оптические эффекты на несколько порядков.

CMS вызвали огромный интерес, поскольку они могут проявлять экзотические электромагнитные свойства, включая отрицательный показатель преломления и оптическую активность [11, 12], асимметричное пропускание [13, 14], гигантский эффект CD [15,16,17], преобразование поляризации [18, 19], а также манипулирование волновым фронтом [20, 21] и т. Д. С тех пор различные структуры CMS (такие как разъемное кольцо, спиральная проволока, гаммадион, L-образная форма и т. Д.) Были последовательно предложены для достижения высокоэффективных хиральных структур. селективное усиление поля для света LCP или RCP [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33]. Тем не менее, большинство предыдущих разработок этих CMS сосредоточено на характеристиках хиральности при передаче, в то время как гораздо меньше внимания уделялось отражению / поглощению для ламп CP, которые не менее важны в инженерных приложениях. Хорошо известно, что большинство исследований предыдущих поглотителей применяется к свету с линейной поляризацией, тогда как такие конструкции для CP-огней изучаются редко. Фактически, CMS также могут быть использованы для создания новых поглотителей для CP-огней [25, 26, 29,30,31,32,33]. Например, Ли и др. В [25] предложен ультратонкий поглотитель на основе L-образных проволок, который может ослаблять волну LCP только в микроволновом диапазоне. Wang et al. [29] продемонстрировали, что хиральное метазеркало может почти полностью отражать свет LCP, в то время как полностью поглощать свет RCP в инфракрасной области. Tang et al. [30] предложили поглотитель с-образными резонаторами, который может обеспечить селективное поглощение различного света CP в видимом диапазоне. Затем были предложены и продемонстрированы хиральные поглотители ближнего инфракрасного диапазона с плазмонной метаповерхностью, которые избирательно поглощают свет LCP или RCP. Однако абсорбция большинства CMS составляет менее 90%. Таким образом, весьма желательна эффективная конструкция хирального метаповерхностного поглотителя (CMSA) с высокой селективной абсорбцией.

В этой работе мы представляем один из видов высокоэффективных CMSA на основе двухслойной четырехкратно скрученной полукруглой наноструктуры, работающей в ближней инфракрасной и видимой областях. Такой CMSA может выборочно достигать более 90% поглощения для разных ручных CP-светильников на разной резонансной частоте. Благодаря сильному избирательному поглощению предлагаемого CMSA, соответственно может быть достигнуто высокое значение CD около 0,9. Физический механизм, лежащий в основе избирательного поглощения различных CP-источников света, был подробно проанализирован с помощью распределений электрического поля. Кроме того, систематически изучалось влияние геометрических параметров элементарной ячейки на избирательное поглощение. Можно разумно полагать, что результаты этой работы могут помочь в разработке CMSA с сильным поглощением и эффектом CD для многих практических приложений, таких как поглотитель тепла, устройства оптической связи, фотодетектор, оптические фильтры, формирование изображений и голограммы.

Дизайн единичной ячейки

На рисунке 1 представлена ​​принципиальная схема предлагаемого CMSA, который состоит из периодического массива с закрученной полукруглой наноструктурой. Полукруглая наноструктура с четырехкратным скручиванием на каждой стороне диэлектрической подложки расположена так, что каждая из них повернута на 90 ° относительно своего соседа, а нижняя сторона каждой полукруглой наноструктуры также повернута на 90 ° относительно верхней, как показано на рис. 1б. Как и в предыдущей конструкции [32], верхние четыре полукруглые наноструктуры соединены с нижней медными цилиндрами, а радиус медного цилиндра совпадает с шириной полукруглой проволоки, что может увеличить проводящую связь. Скрученную полукруглую наноструктуру можно рассматривать как систему связанных резонаторов, где сильные хиральные отклики возникают из-за электрической и магнитной индуктивной связи между двумя скрученными соединенными полукругами [34, 35]. Эта простая закрученная полукруглая наноструктура с зеркальной симметрией спроектирована в верхнем и нижнем слоях, что позволяет предлагаемому CMSA повысить хиральность.

Схема разработанной CMSA: a периодический массив, b , c вид спереди и в перспективе наноструктуры элементарной ячейки. Периодические длины вдоль x - и y- направления осей равны 600 нм, и нормальные падающие CP-лучи распространяются вдоль z направление оси

Общая элементарная ячейка предлагаемого CMSA демонстрирует четырехкратное вращение (C ₄ ) симметрия для направления распространения света. Диэлектрическая подложка в среднем слое сделана из без потерь диэлектрика MgF ₂ . с относительной диэлектрической проницаемостью 1,9. В качестве хиральных металлических наноструктур были выбраны золото, а параметр материала может быть описан моделью Друде [36]. Оптимизированные структурные параметры элементарной ячейки представлены как: p _x = p _y =600 нм, r =70 нм, ширина =40 нм, t _s =120 нм, t _м =30 нм. Элементарная ячейка CMSA периодична вдоль x- и y - направления оси с периодами 600 нм, чтобы избежать дифракции, когда частота падающего света достигает 500 ТГц. Чтобы проверить эффективность предложенного CMSA, было выполнено двухполупериодное высокочастотное электромагнитное моделирование на основе метода конечных элементов (МКЭ) с использованием решателя частотной области в CST Microwave Studio. После того, как наноструктура элементарной ячейки CMSA, надлежащие граничные условия, размер ячейки и частотный диапазон будут разумно установлены, можно будет запустить моделирование в частотной области.

Результаты и обсуждения

Смоделированные коэффициенты передачи при совместной поляризации ( t ₊₊ (ω), t _{- -} (ω)) и коэффициенты отражения ( r ₊₊ (ω), г _{- -} (ω)) для нормального падающего света LCP и RCP представлены на рис. 2. Две моды кирального плазмонного резонанса (мода 1 и мода 2), очевидно, могут наблюдаться на частотах f ₁ =288,5 ТГц и f ₂ =404 ТГц соответственно. Можно заметить, что коэффициент отражения при совместной поляризации r ₊₊ (ω) для RCP и r _{- -} (ω) для LCP огни равны; и оба они меньше 0,4 во всем интересующем диапазоне частот. Кроме того, величины r ₊₊ (ω) и r _{- -} (ω) уменьшается примерно до 0,15 при резонансах, что указывает на согласование импеданса между CMSA и свободным пространством для огней RCP и LCP. Также видно, что коэффициенты передачи при совместной поляризации t ₊₊ (ω) для RCP и t _{- -} (ω) для ламп LCP существенно различаются в резонансах из-за хиральной природы предложенного CMSA. Вокруг точки более низкой частоты f ₁ , величина t ₊₊ (ω) для света RCP составляет около 0,93, что намного больше, чем t _{- -} (ω) для света LCP, который составляет всего 0,075. Вокруг точки с более высокой частотой f ₂ , величина t ₊₊ (ω) для света RCP уменьшается до минимального значения 0,018, а t _{- -} (ω) для LCP до максимального значения около 0,92. Это означает, что только падающий свет RCP может быть выбран для прохождения через CMSA, в то время как свет LCP запрещен на более низкой частоте. Как и на более высокой частоте f ₂ , только падающий свет LCP может быть выбран для прохождения через CMSA, в то время как свет RCP крайне запрещен. Таким образом, вышеописанный феномен хиральной селекции CMSA может привести к различному поглощению для источников света RCP и LCP, что подразумевает наличие высокоэффективного селективного поглощения и гигантского эффекта КД в резонансах.

а Смоделированные коэффициенты передачи при совместной поляризации ( t ₊₊ (ω), t _{- -} (ω)) и коэффициенты отражения ( r ₊₊ (ω), г _{- -} (ω)) предлагаемого CMSA для обычных падающих огней LCP и RCP, b соответствующее поглощение ( A ₊ (ω), А _- (ω)) для огней LCP и RCP

На рисунке 2b показаны спектры поглощения ( A ₊ (ω), А _- (ω)) для падающих огней LCP и RCP. Можно заметить, что поглощение для огней LCP и RCP достигает максимального значения примерно 93,2% и 91,6%, в то время как поглощение для огней RCP и LCP снижается только примерно до 8,7% и 4,8% вокруг двух вышеупомянутых резонансов, соответственно. . Очевидно, можно сделать вывод, что предлагаемый CMSA демонстрирует сильное поглощение света LCP и довольно высокий уровень пропускания света RCP около более низкой частоты f ₁ , тогда как условие полностью меняется, когда частота приближается к более высокой резонансной частоте f ₂ . Это означает, что предлагаемый CMSA демонстрирует избирательное поглощение для двух CP-источников света с определенной ручностью, в то время как другой отражается с разными резонансами. Кроме того, также стоит отметить, что CMSA имеет две полосы частот сильного поглощения, используя только одну хиральную наноструктуру одного размера, и значительно превосходит предыдущие хиральные поглотители с одной изолированной полосой поглощения, адаптация которой к разному свету CP сильно зависит от разный геометрический размер [25, 26, 29, 31,32,33]. Таким образом, разработанная хиральная наноструктура может служить идеальным поглотителем света LCP на более низкой частоте и идеальным поглотителем света RCP на более высокой частоте. Следует отметить, что характеристики избирательного поглощения предложенного CMSA будут ухудшаться с увеличением угла падения (наклонного падения) из-за многополярного плазмонного резонанса более высокого порядка (не показан). Кроме того, можно сделать вывод, что высокое хирально-избирательное поглощение для CP-лучей приведет к гигантскому эффекту CD в предлагаемой CMSA.

Разницу в поглощении или пропускании между огнями LCP и RCP можно охарактеризовать параметром CD Δ . На рис. 3а представлен спектр КД CMSA, где основные пики параметра КД составляют около 0,85 и 0,91 на двух резонансных частотах соответственно; что намного больше, чем сообщаемые хиральные наноструктуры [17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32, 37,38,39,40, 41,42]. Гигантский эффект КД вызван сильной хиральностью CMSA, и поэтому может применяться в качестве прозрачного кругового поляризатора. Для дальнейшего исследования чистоты CP CMSA, применяемого в качестве кругового поляризатора, мы даем угол эллиптичности η и угол поворота азимута поляризации θ как показано на рис. 3b. Можно найти, что значение η составляет около 40,4 ° и - 43,9 °, а значение θ составляет около 0 ° на низких и высоких частотах соответственно. Это означает, что проходящие огни демонстрируют выдающиеся характеристики RCP и LCP после прохождения через пластину CMSA на двух резонансных частотах. Следует отметить, что этот круговой поляризатор на основе CMSA с более высокой чистотой CP применим для любых источников света с произвольной поляризацией из-за его высокого C ₄ симметрия элементарной ячейки. Таким образом, можно обоснованно полагать, что гомогенный круговой поляризатор может быть реализован с помощью разработанной нами хиральной наноструктуры.

Расчетные относительные оптические параметры предлагаемого CMSA для нормального падающего света LCP и RCP, a параметр CD Δ , b угол эллиптичности η и угол поворота азимута поляризации θ

Чтобы полностью понять избирательное поглощение и гигантский эффект КД CMSA, мы получили показатель преломления Re ( n ), Re ( n _- ), Re ( n ₊ ) и киральный параметр Re ( κ ) с использованием стандартной процедуры восстановления из коэффициентов пропускания и отражения CP-лучей [43, 44], как показано на рис. 4a, b. Понятно, что в разработанной CMSA возникают два резонанса, связанных с сильной хиральностью. Низкочастотный резонанс возникает около 288,5 ТГц, а верхний - на 404 ТГц, что согласуется с характеристическими частотами селективного поглощения и пиков КД. Как показано на рис. 4a, Re ( n ) отрицательна с максимальными величинами - 2.3 и - 1.1, а Re ( κ ) достигает максимальных значений 6,4 и - 5,1 вокруг двух резонансных частот, указанных выше. Понятно, что киральный параметр κ также способствует отрицательному преломлению огней RCP и LCP. Сильная хиральность может легко привести к тому, что показатель преломления света RCP / LCP станет отрицательным в резонансах из-за отношения n _± = n ± κ . Таким образом, как показано на рис. 4b, Re ( n _- ) для света LCP и Re ( n ₊ ) для света RCP отрицательный от 286,2 ТГц до 291 ТГц и от 400,2 ТГц до 404 ТГц соответственно. Кроме того, Re ( n _- ) и Re ( n ₊ ) до максимальных отрицательных значений - 8,6 и - 6,3 на двух резонансах выше, соответственно. Он показывает, что высокое избирательное поглощение, а также гигантский эффект КР предложенного CMSA связаны с отрицательным преломляющим свойством огней LCP и RCP.

Полученные относительные хиральные параметры предлагаемой CMSA: a действительные части среднего показателя преломления Re ( n ) и киральный параметр Re ( κ ), b показатель преломления Re ( n _- ), Re ( n ₊ ) для огней LCP и RCP

Чтобы дополнительно раскрыть происхождение селективного поглощения, связанного с гигантским эффектом КД предлагаемого CMSA, электрическое поле ( E _z ) было изучено распределение элементарной ячейки, возбуждаемой светом RCP и LCP на частотах 288,5 ТГц и 404 ТГц. Было известно, что возбуждение резонанса поверхностных плазмонов будет производить осциллирующие дипольные поля, поскольку полукруглая наноструктура имеет малые диаметры по сравнению с длиной волны падающего света различных CP-источников света [45,46,47,48]. Когда свет RCP или LCP попадает на полукруглую наноструктуру, можно разумно полагать, что избирательное поглощение и гигантский эффект КД возникнут в предлагаемом CMSA и, следовательно, будут влиять на различное распределение компонентов электрического поля и магнитного поля в каждом слое [48]. , 49,50,51,52,53].

На рисунке 5 показано электрическое поле ( E _z ) распределения предлагаемого CMSA, возбуждаемого огнями RCP и LCP на различных резонансных частотах. Подробные графики электрического поля ( E _z ) распределения на полукруглых наноструктурах ясно показывают природу каждой поверхностной плазмонной моды [54]. Красная и синяя области на полукруглой наноструктуре верхнего и нижнего слоев представляют накопления положительного и отрицательного заряда при возбуждении светом RCP и LCP. Положительные и отрицательные заряды разделены и в основном накапливаются в углах каждой полукруглой наноструктуры, действуя как колебания электрического диполя. Можно заметить, что в разработанной полукруглой наноструктуре электрическая дипольная мощность намного больше, чем магнитная, что свидетельствует о преобладании электрических дипольных колебаний. Избирательное поглощение и гигантский эффект КД, возникающие в резонансах, происходят из-за очевидной дипольной мощности, различающейся при возбуждении LCP и RCP. Здесь был применен упрощенный метод с эквивалентными электрическими дипольными моментами, который рассматривает колебания заряда четырех полукруглых наноструктур в каждом слое как одно дипольное колебание [48,49,50]. Согласно теории Борна-Куна [47, 48], мода, которая гибридизируется из двух диполей с одинаковым направлением электрического поля, называется модой связи, а другая мода, которая гибридизируется из двух диполей с углом 90 ° или поперечным направлением, обозначается как режим разжижения. Как показано на рис. 5a1, b1, при освещении RCP светом на резонансной частоте f ₁ =288,5 ТГц, электрические дипольные поля в верхнем и нижнем слоях показывают поперечные направления и образуют разрыхляющую моду, что, следовательно, приводит к высокому пропусканию света RCP в соответствии с моделью Борна-Куна. Как показано на рис. 5c1, d1, при освещении LCP светом можно видеть, что распределение электрического поля CMSA можно рассматривать как гибрид режима связи между верхним и нижним слоями, который состоит из двух эквивалентных электрических дипольные моменты с одинаковым направлением, что приводит к высокому уровню поглощения света LCP. Таким образом, режимы связывания и разрушения вызывают разную резонансную энергию и различное пропускание и поглощение хиральных наноструктур на более низкой частоте при освещении светом LCP и RCP (см. Рис. 2). Как показано на рис. 5a2, b2, c2, d2, при освещении огнями RCP и LCP на резонансной частоте f ₂ =404 ТГц, электрические дипольные поля в верхнем и нижнем слоях показывают одинаковые направления (режим связывания) и поперечные направления (режим разрыва связывания) соответственно, что, следовательно, приводит к высокому уровню поглощения для света RCP и высокому пропусканию для света LCP. Следовательно, можно видеть, что селективное поглощение и эффект КД на двух разных частотах в основном приписываются режимам связывания и разрыва связи, которые индуцируются гибридной связью электрических дипольных моментов верхнего и нижнего слоев.

Электрическое поле ( E _z ) распределения элементарной ячейки предлагаемого CMSA, индуцированные ( a1 , b1 , a2 , b2 ) RCP и ( c1 , d1 , c2 , d2 ) LCP загорается на разных резонансных частотах:( a1 - d1 ) f ₁ =288,5 ТГц, ( a2 - d2 ) f ₂ =404 ТГц. Черные сплошные (пунктирные) стрелки обозначают эквивалентные электрические дипольные моменты на верхнем (нижнем) слое предлагаемой киральной наноструктуры

Ниже мы исследуем влияние геометрических параметров элементарной ячейки на абсорбционные свойства предлагаемого CMSA. На рисунке 6 показаны смоделированные спектры поглощения для огней LCP и RCP, а также резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) с разными геометрическими параметрами ( r , w , t _м , и t _s ) элементарной ячейки. Для разработанной наноструктуры можно было наблюдать некоторые интересные спектральные вариации зависящего от параметров свойства избирательного поглощения, которые, очевидно, являются многофакторными и сложными. В этом исследовании геометрические параметры контрольной группы равны r =70 нм, ширина =40 нм, t _м =30 нм, и t _s =120 нм, и изменяя один параметр за раз.

Смоделированный ( a1 - d1 ) спектры поглощения и ( a2 - d2 ) резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) огней LCP и RCP предлагаемой CMSA с различными геометрическими параметрами:( a1 , a2 ) радиус ( r ), ( b1 , b2 ) ширина провода ( w ) и ( c1 , c2 ) толщина ( t _м ) полукруглой наноструктуры, ( d1 , d2 ) толщина диэлектрической подложки ( t _s )

Полукруглая наноструктура с разными r ( г =65 нм, 70 нм, 75 нм и 80 нм) были сначала рассчитаны, в то время как другие параметры фиксированы, как показано на рис. 6a1, a2. Когда увеличивается r , резонансные частоты f _- для LCP и f ₊ для огней RCP постепенно уменьшаются, что можно интерпретировать как эквивалент LC теория резонансных цепей [55, 56]. Резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) для освещения как LCP, так и RCP можно выразить как \ (f_ {\ mp} =\ frac {1} {{2 \ pi \ sqrt {LC}}}} \), где эквивалентная емкость C и индуктивность L в основном определяются геометрическими параметрами предлагаемого CMSA. L будет увеличиваться с увеличением r , что приводит к уменьшению резонансных частот ( f _- , f ₊ ). Кроме того, как показано на рис. 6a1, при увеличении r , поглощение света LCP будет постепенно уменьшаться, в то время как поглощение света RCP практически не изменится. На рис. 6b1, b2 показаны спектры поглощения света LCP и RCP при изменении w от 30 до 45 нм с шагом 5 нм, при этом остальные параметры остаются неизменными. Видно, что резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) для огней LCP и RCP будет постепенно увеличиваться с увеличением w . Очевидно, увеличение резонансных частот ( f _- , f ₊ ) в основном связано с уменьшением C . Поглощение света LCP сначала увеличится, а затем немного уменьшится, в то время как поглощение света RCP будет постепенно уменьшаться при увеличении w , как показано на рис. 6b2. Как показано на рис. 6c1, c2, мы представляем спектры поглощения и резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) огней LCP и RCP при изменении t _м от 20 до 50 нм с шагом 10 нм и другие фиксированные параметры. Есть случаи, похожие на замену w , когда увеличивается t _м , резонансная частота ( f _- ) для света LCP значительно увеличится, а для света RCP - немного. В этом случае L будет уменьшаться с увеличением t _м , что приводит к увеличению резонансных частот ( f _- , f ₊ ). Кроме того, поглощение как LCP, так и RCP огней сначала будет увеличиваться, а затем уменьшаться при увеличении t . _м , как показано на рис. 6c2. Наконец, мы проиллюстрировали спектры поглощения и резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) для огней LCP и RCP с разными t _s ( т _s =110 нм, 120 нм, 130 нм и 140 нм), в то время как другие параметры остаются неизменными, как показано на рис. 6d1, d2. Можно заметить, что при увеличении t _s , поглощение LCP будет постепенно увеличиваться, в то время как поглощение света RCP будет немного уменьшаться, как показано на рис. 6d1. Кроме того, резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) для огней LCP и RCP постепенно уменьшаются при увеличении t _s , как показано на рис. 6d2. В этом случае C будет увеличиваться при увеличении t _s , что приводит к уменьшению резонансных частот ( f _- , f ₊ ). Можно сделать вывод, что резонансные частоты ( f _- , f ₊ ) и уровень поглощения для огней RCP и LCP чувствительны к геометрическим параметрам элементарной ячейки разработанной хиральной наноструктуры. Таким образом, свойства избирательного поглощения предлагаемого CMSA можно динамически регулировать путем изменения параметров структуры.

Заключение

В заключение, CMSA, основанный на двухслойной четырехкратно скрученной полукруглой наноструктуре, был предложен для достижения почти идеального хирально-селективного поглощения для света RCP и LCP, а также гигантского эффекта CD как в ближней инфракрасной, так и в видимой областях. Результаты моделирования показывают, что хирально-избирательное поглощение для огней RCP и LCP составляет более 90%, а величина CD может достигать 0,91. Согласно полученным эффективным параметрам ЭМ, можно обнаружить, что поглощение на более низких частотах и ​​эффект КД связаны с отрицательными преломляющими свойствами света LCP, тогда как случай более высокой частоты связан со светом RCP. Распределение электрического поля указывает на то, что свойства хирально-селективного поглощения и гигантский эффект КД CMSA в основном возникают из-за мод связывания и разрыва связывания, которые индуцируются гибридной связью электрических дипольных моментов верхнего и нижнего слоев. Кроме того, резонансные частоты и хирально-селективный уровень поглощения CMSA могут быть настроены путем изменения геометрических параметров элементарной ячейки. Следовательно, можно сделать разумный вывод, что конструкция CMSA является многообещающей для будущих применений в оптических фильтрах, хиральных изображениях, круговых поляризаторах, обнаружении и оптической связи.

Раздел численных методов

Моделирование методом конечных элементов. Полноволновое электромагнитное моделирование проводилось на основе метода конечных элементов (МКЭ). При моделировании электрические свойства золота описываются моделью Друде как [36]:

где ω _p =1,37 × 10 ¹⁶ рад / с - плазменная частота и γ =8,04 × 10 ¹³ рад / с - частота столкновений золота в оптическом диапазоне частот. При моделировании граничное условие элементарной ячейки применялось вдоль x - и y направление оси и два собственных источника света CP использовались напрямую. Широкополосные источники света CP используются в качестве источников возбуждения и обычно проходят через элементарную ячейку разработанной хиральной наноструктуры от - z в + z направление. Затем можно получить коэффициенты отражения и пропускания огней как LCP, так и RCP. Обычно абсорбция обозначается как A _- (ω) / А ₊ (ω) для огней LCP / RCP можно выразить как [17, 32]: A _- (ω) =1 - R _{- -} (ω) - Т _{- -} (ω) =1 - | r _{- -} (ω) | ² - | t _{- -} (ω) | ² , А ₊ (ω) =1 - R ₊₊ (ω) - Т ₊₊ (ω) =1 - | r ₊₊ (ω) | ² - | t ₊₊ (ω) | ² , соответственно. Коэффициенты передачи при совместной поляризации t _{- -} (ω) для LCP и t ₊₊ (ω) для огней RCP, а r _{- -} (ω) и r ₊₊ (ω) - коэффициенты отражения при кополяризации соответственно. Следует отметить, что коэффициенты передачи кросс-поляризации ( t _{+ -} (ω), t _{- +} (ω)) и коэффициенты отражения ( r _{+ -} (ω), г _{- +} (ω)) для огней LCP и RCP достаточно малы, чтобы ими можно было пренебречь (<0,01) из-за высокого C ₄ симметрия элементарной ячейки разработанной хиральной наноструктуры. Кроме того, эффект CD вызывается избирательным поглощением двух CP-лучей, что может быть выражено как: △ =| t ₊₊ (ω) | - | t _{- -} (ω) | [14, 29]. Эллиптичность и оптическая активность являются важными параметрами для оценки хиральности разработанной хиральной наноструктуры. Эллиптичность характеризует состояние поляризации проходящего света хиральной наноструктуры, которое описывается углом эллиптичности η =Arctan [(| t ₊₊ (ω) | - | t _{- -} (ω) |) / (| t ₊₊ (ω) | + | t _{- -} (ω) |)]. While the optical activity represents the rotation property of polarization plane of a transmitted linear polarization light respect to the incident one, which is described by the polarization azimuth rotation angle θ  = [arg(t ₊₊ (ω))  − arg(t _− − (ω))]/2.

Доступность данных и материалов

The datasets generated and/or analyzed during the current study are available from the corresponding author on reasonable request.

Сокращения

CMS:

Chiral metasurface

CMSA:

Chiral metasurface absorber

RCP:

Right-handed circular polarization

LCP:

Left-handed circular polarization

CD:

Circular dichroism

EM:

Electromagnetic

CP:

Circular polarization