Magnetospectroscopy of terahertz surface plasmons in subwavelength perforated superlattice thin-films

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作者
Subhajit Karmakar,Deepak Kumar,R. K. Varshney,Dibakar Roy Chowdhury
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:131 (22) 被引量:20
标识
DOI:10.1063/5.0090592
摘要

Surface plasmons, the resonant oscillations of conducting electrons at the interface of negative and positive permittivity materials, pave the way for enhanced electromagnetic wave–matter interactions at a subwavelength scale. On the other hand, spin-dependent magnetotransport ushers an ingenious technology by inculcating electron spin to realize miniaturized, energy-efficient electromagnetic devices. Generally, magneto-resistive devices (viz., multilayer un-patterned magnetic–non-magnetic thin films) relying on magnetotransport mechanisms are not recognized for supporting surface plasmons toward enhanced electromagnetic interactions. However, an amalgamation of surface plasmons with spin-dependent magnetotransport can exploit magnetic (spintronic) degree of freedom in plasmonic devices. In this work, we propose a patterned superlattice (non-magnetic/ferromagnetic thin films) terahertz (THz) magneto-resistive device for supporting surface plasmons toward enhanced electromagnetic interactions. Magnetotransport dependent enhancement and dynamic magnetic modulation of resonant THz transmissions are experimentally demonstrated in subwavelength superlattice (Al/Ni) hole arrays for varying lattice parameters. Our experiments reveal that typical non-magnetic electromagnetic phenomena like surface plasmon resonances can be tweaked by externally applied low intensity magnetic fields [∼few tens of milli-tesla (0–30 mT)]. Experimental outcomes are explicated by spin-dependent terahertz magnetotransport theory in perforated superlattice metal sheets and, therefore, can stimulate a paragon for spin-based integrated photonic technology.

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