near-UV Faraday rotation enhanced by plasmonic array

F. Zhang’s work on the plasmonic enhancement of the Faraday rotation in blue region by Aluminum plasmonic array is published in Nanophotonics ! / Alナノアンテナによる青色領域のFaraday回転増強に関するF. Zhangらの研究成果がNanophotonics誌に掲載されました！ Congrats, Feifei! ナノアンテナを用いた磁気光学効果の増強はこれまでも行われてきましたが、本研究は紫外にプラズマ周波数を持つアルミニウムでナノアンテナを作ることで波長400nmでの磁気光学効果増強を達成しました。

To date, the plasmonic nanostructure utilized for magneto-optical (MO) enhancement has been limited to noble metals
with resulted enhancement in the green-red part of visible spectrum. In this study, we fabricated a diffractive hexagonal array composed of Al nanoparticles (NPs) with a thin 7.5 nm ferromagnetic film and pushed the enhanced Faraday rotation (FR) into the blue to green range of the visible light. The freedom and ability to control the working spectral region in the whole visible range from 400 to 800 nm were also demonstrated by changing the lattice constant and the dielectric environment of plasmonic nanostructures. Particularly, in the blue range we obtained the maximum FR 0.57° at 410 nm with a broad boosting region around 0.5° from 400 to 500 nm. Moreover, the largest FR 1.66° was shown at 638 nm by tuning the dielectric environment into a higher refractive index medium. The results of our investigation demonstrate the potential of Al-based magnetoplasmonic effect and offer opportunities to push the MO spectral response out of visible range into the ultraviolet-blue range. / 現在まで、光磁気（MO）増強に利用されるプラズモンナノ構造は、貴金属に限定されてきました。その結果、可視スペクトルの緑-赤の部分が増強されました。この研究では、7.5 nmの薄い強磁性膜を備えたAlナノ粒子（NP）で構成される回折六角形アレイを作製し、強化されたファラデー回転（FR）を可視光の青から緑の範囲で達成しました。プラズモニックナノ構造の格子定数と誘電環境を変更することにより、350〜800nmの全可視範囲で動作スペクトル領域を制御する自由と能力も実証されました。特に、青色の範囲では、410nmで最大FR0.57°が得られ、400〜500nmの約0.5°の広いブースト領域が得られました。さらに、誘電体環境をより高い屈折率の媒体に調整することにより、最大のFR1.66°が638nmで示されました。私たちの調査の結果は、Alベースの磁気プラズモニック効果の可能性を示しており、MOスペクトル応答を可視範囲から紫外線-青色範囲に拡張機会を提供します。

Feifei Zhang, Taisuke Atsumi, Xiaolun Xu, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka, Tunable Faraday rotation of ferromagnet thin film in whole visible region coupled with aluminum plasmonic arrays, Nanophotonics Published online by De Gruyter November 29, 2021 https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/nanoph-2021-0327/html

This work was partly supported by the Nanotechnology Hub, Kyoto University and NIMS Nanofabrication Platform (JPMXP09F19NMC042).　Research funding: SM and KT acknowledge Kakenhi from MEXT科研費 (21H04619, 19K22058, 19H02434, 17KK0133).