Numerical investigation of the Rayleigh hypothesis for electromagnetic scattering by a particle

The validity of the Rayleigh hypothesis has been a long-standing issue in the applicability of the T-matrix method to near-field calculations, and despite numerous theoretical works, the practical consequences for numerical simulations have remained unclear. Such calculations are increasingly important in the field of nanooptics, for which accurate and efficient modeling tools are in high demand. We here tackle this challenge by investigating numerically the convergence behavior of series expansions of the electric field around spheroidal particles, which provides us with unambiguous examples to clarify the conditions of convergence. This study is made possible by the combination of alternative methods to compute near-fields accurately, and crucially, the recent improvements in the calculation of T-matrix elements free from numerical instabilities, as such errors would otherwise obfuscate the intrinsic convergence properties of the field series. The resulting numerical confirmation for the range of validity of the Rayleigh hypothesis, complemented by a better understanding of the convergence behavior of the field expansions, is a crucial step toward future developments

Tailoring Plasmonic Bimetallic Nanocatalysts Toward Sunlight-Driven H-2 Production

Hybrid nanoparticles combining plasmonic and catalytic components have recently gained interest for their potential use in sunlight-to-chemical energy conversion. However, a deep understanding of the structure-performance that maximizes the use of the incoming energy remains elusive. Here, a suite of Au and Pd based nanostructures in core-shell and core-satellites configurations are designed and their photocatalytic activity for Hydrogen (H-2) generation under sunlight illumination is tested. Formic acid is employed as H-2 source. Core-satellite systems show a higher enhancement of the reaction upon illumination, compared to core-shell ones. Electromagnetic simulations reveal that a key difference between both configurations is the excitation of highly localized and asymmetric electric fields in the gap between both materials. In this scheme, the core Au particle acts as an antenna, efficiently capturing visible light via the excitation of localized plasmon resonances, while the surrounding Pd satellites transduce the locally-enhanced electric field into catalytic activity. These findings advance the understanding of plasmon-driven photocatalysis, and provide an important benchmark to guide the design of the next generation of plasmonic bimetallic nanostructures

Incorporation of porous protective layers as a strategy to improve mechanical stability of Tamm plasmon based detectors

Nanostructures supporting optical modes known as Tamm plasmon-polaritons are a new class of optical devices with promising characteristics for sensing applications. Their synthesis involves the deposition of a thin metallic layer on top of a distributed Bragg reflector. Unfortunately, this metallic layer can be easily detached or scratched during normal handling or under operating conditions. In this work, a new strategy to protect these devices from mechanical stress by adding a porous protective overlayer is presented. Three different mesoporous oxides prepared using a sol-gel process were chosen to cover the device: ZrO2 and Ti-Si mixed oxides functionalized with either vinyl or phenyl groups. The mechanical and tribological properties of each candidate were measured using nanoindentation and its ideal thickness was determined by simulation of the optical response. Finally, the devices were characterized mechanically, to test their stability, and their sensing capabilities were determined for both liquids and vapours. The results indicate that thin mesoporous films used as protective layers provide a clear improvement in the device's resistance towards mechanical stress without compromising the optical and sensing properties. The strategy of protection using a porous top layer presented in this work can be extended to other devices which require interaction with the environment through an exposed unstable surface.Fil: Morrone, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); ArgentinaFil: Ramallo, Juan Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Lionello, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Zelcer, Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Auguie, Baptiste Maxime Raphael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Victoria University of Wellington; Nueva ZelandaFil: Angelome, Paula Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); ArgentinaFil: Fuertes, Maria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentin

Critical coupling to Tamm plasmons

The conditions of critical coupling of light to Tamm plasmons are investigated with comprehensive numerical simulations, highlighting the parameters that maximize absorption of incident light in the metal layer. The asymmetric response in reflection and absorption with respect to the direction of incidence is discussed, the two cases yielding different optimal coupling conditions. These findings are relevant for the design of optimized Tamm structures, particularly in applications such as narrow-band thermal emitters, field-enhanced spectroscopy and refractive-index sensing.Fil: Auguie, Baptiste. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (CAB). Laboratorio de Propiedades Opticas; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (CAB). Laboratorio de Propiedades Opticas; ArgentinaFil: Fainstein, Alejandro. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (CAB). Laboratorio de Propiedades Opticas; Argentin

simulPort.m

Matlab/Octave script for calculating port reflectivity and transmittivity in an integrating sphere. Note that this code has been simplified for readability and can therefore be readily translated to other programming languages but, as a result, is not optimized for speed. See also http://nano-optics.github.io/apps/sphere for tabulated values

Tamm Plasmon Resonance in Mesoporous Multilayers: Toward a Sensing Application

A novel optical sensor is proposed, based on the normal-incidence excitation of Tamm plasmons at the interface between a multilayer of porous SiO2 and TiO2, acting as a permeable Bragg reflector, and a flat gold film. Transmittance spectra reveal a sharp Tamm mode within the stop-band of the distributed Bragg reflector; the spectral position of which was monitored upon exposure to various solvents, demonstrating the sensitivity of the device to changes of refractive index.Fil: Auguie, Baptiste Maxime Raphael. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fuertes, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Angelome, Paula Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); ArgentinaFil: López Abdala, Nicolás Andrés. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Soler Illia, Galo Juan de Avila Arturo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fainstein, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentin

Synergetic Light-Harvesting and Near-Field Enhancement in Multiscale Patterned Gold Substrates

Sphere-segment void (SSV) cavities have emerged as promising substrates for reproducible Surface Enhanced Raman Scattering (SERS), offering strong and uniform electromagnetic enhancement associated with the excitation of cavity-like localized surface plasmon resonances tunable across the UV-vis-near IR range, with a facile large-scale fabrication process. High-resolution electron micrographs of these structures reveal a considerable departure from the idealized smooth spherical cavity shape; notably, the electrochemical deposition of gold yields an important surface roughness. We investigate this contribution to the SERS activity of SSV substrates with a series of experiments, varying the degree of surface roughness using thermal annealing and gradual electrochemical roughening. Notably, we observe that both roughness features and cavity-like modes operate in conjunction as a multiscale antenna to provide larger SERS efficiency than the two mechanisms considered separately. We conclude that the main role of the ordered cavity structure is to increase the plasmonic mode density near rough surface features, thus, optimizing the coupling of far-field radiation (light harvesting) to locally enhanced near fields.Fil: Guerra Hernandez, Luis Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Cortés, Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Castez, Marcos Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Auguie, Baptiste Maxime Raphael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Salvarezza, Roberto Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Fainstein, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin

Intense optical activity from three‐dimensional chiral ordering of plasmonic nanoantennas

Twisting nanoparticles: Plasmonic circular dichroism was experimentally obtained in chiral 3D organizations of gold nanorods obtained by self-assembly of the nanoantennas onto a fiber template with a twisted morphology. Numerical simulations based on coupled dipoles confirm the crucial role of gold nanorods in this intense circular dichroism.Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. MAT2010-15374Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. CTQ2010-1857