20nm以下のギャップを持つ2次元周期プラズモニック有限アレイからの高透過率をGa FIBミリングで実現しました

High transmission from 2D periodic plasmonic finite arrays with sub-20-nm gaps realized with Ga FIB milling.

• Filippo Pisano
• Antonio Balena
• Muhammad Fayyaz Kashif
• Marco Pisanello
• Gaia De Marzo
• Luciana Algieri
• Antonio Qualtieri
• Leonardo Sileo
• Tiziana Stomeo
• Antonella D'Orazio
• Massimo De Vittorio
• Ferruccio Pisanello
• Marco Grande

抄録

優れた光学性能を持つプラズモニックナノ構造体を作製するには、多くの場合、光ファイバの先端や曲面などの従来の基板にはほとんど転写できない、長くて困難なパターニングプロセスを必要とします。ここでは、単一のGa集束イオンビームプロセスを使用して、ナノフォトニックアプリケーションのための金ナノプレートの2Dアレイを作製するために調査しています。交差するテーパー状の溝のFIBミリングは、本質的に20 nm以下のギャップを生成することを観察しながら、我々は鋭いエアギャップで終了する溝のスペクトルの特徴についての実験的および理論的な証拠を提供しています。我々は、金ナノプレートの2Dアレイの有限サブセット（20）の2次元ナノフォーカシングを介して10％に近い透過率が得られることを示しています。これにより、少数の要素が係合しているときに、反射光または透過光のいずれかを使用して薄膜の屈折率の変化を検出するために、我々のナノ構造を適用することが可能になります。

Fabricating plasmonic nanostructures with good optical performances often requires lengthy and challenging patterning processes that can hardly be transferred to unconventional substrates, such as optical fiber tips or curved surfaces. Here we investigate the use of a single Ga Focused Ion Beam process to fabricate 2D arrays of gold nanoplatelets for nanophotonic applications. While observing that FIB milling of crossing tapered grooves inherently produces gaps below 20 nm, we provide experimental and theoretical evidence for the spectral features of grooves terminating with a sharp air gap. We show that transmission near 10 % can be obtained via two-dimensional nano-focusing in a finite subset (20) of 2D arrays of gold nanoplatelets. This enables the application of our nanostructure to detect variations in the refractive index of thin films using either reflected or transmitted light when a small number of elements are engaged.

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