基于耦合纳米天线实现光学频段高$f/b$单向光散射

摘要： 我们提出了一种光学耦合纳米天线，其包含由核-双壳层纳米粒子构成的非对称二聚体，每个纳米粒子由两个相同的金属条带通过介电间隔层分隔组成（即金属-介质-金属MDM结构）。根据偶极-偶极理论和米氏理论，我们通过理论与数值模拟证明：由于电偶极子与磁高阶模式间的干涉作用，该设计能沿入射光轴产生高f/b比（即前向与后向散射光谱比值）和窄波束宽度的单向前向散射。研究还发现，该纳米天线的所有性能特性均与这个非对称二聚体的间隙间距相关。相较于纯金属纳米粒子的非对称二聚体和MDM纳米粒子的对称二聚体，本设计方案通过有效耦合电偶极模式与磁多极模式，在保持高方向性的同时实现了低损耗。这种超定向纳米天线为克服耦合纳米天线的功率损耗和低方向性问题提供了新思路，可广泛应用于生物传感和超材料领域。