We harness non-volatile, amorphous-crystalline transitions in the chalcogenide phase-change medium germanium antimony telluride (GST) to realize optically-switchable, all-dielectric metamaterials. Nanostructured, subwavelength-thickness films of GST present high-quality resonances that are spectrally shifted by laser-induced structural transitions, providing reflectivity and transmission switching contrast ratios of up to 5:1 (7 dB) at visible/near-infrared wavelengths selected by design.
References
1.
N. I.
Zheludev
and Y. S.
Kivshar
, Nat. Mater.
11
, 917
–924
(2012
).2.
Z. L.
Sámson
, K. F.
MacDonald
, F.
De Angelis
, B.
Gholipour
, K. J.
Knight
, C. C.
Huang
, E.
Di Fabrizio
, D. W.
Hewak
, and N. I.
Zheludev
, Appl. Phys. Lett.
96
, 143105
(2010
).3.
B.
Gholipour
, J.
Zhang
, K. F.
MacDonald
, D. W.
Hewak
, and N. I.
Zheludev
, Adv. Mater.
25
, 3050
–3054
(2013
).4.
A.
Tittl
, A. K. U.
Michel
, M.
Schäferling
, X.
Yin
, B.
Gholipour
, L.
Cui
, M.
Wuttig
, T.
Taubner
, F.
Neubrech
, and H.
Giessen
, Adv. Mater.
27
, 4597
–4603
(2015
).5.
A. K. U.
Michel
, D. N.
Chigrin
, T. W. W.
Maß
, K.
Schönauer
, M.
Salinga
, M.
Wuttig
, and T.
Taubner
, Nano Lett.
13
, 3470
–3475
(2013
).6.
T.
Driscoll
, H.-T.
Kim
, B.-G.
Chae
, B.-J.
Kim
, Y.-W.
Lee
, N. M.
Jokerst
, S.
Palit
, D. R.
Smith
, M.
Di Ventra
, and D. N.
Basov
, Science
325
, 1518
–1521
(2009
).7.
M. J.
Dicken
, K.
Aydin
, I. M.
Pryce
, L. A.
Sweatlock
, E. M.
Boyd
, S.
Walavalkar
, J.
Ma
, and H. A.
Atwater
, Opt. Express
17
(20
), 18330
–18339
(2009
).8.
D. Y.
Lei
, K.
Appavoo
, F.
Ligmajer
, Y.
Sonnefraud
, R. F.
Haglund
, Jr., and S. A.
Maier
, ACS Photonics
2
, 1306
–1313
(2015
).9.
R. F.
Waters
, P. A.
Hobson
, K. F.
MacDonald
, and N. I.
Zheludev
, Appl. Phys. Lett.
107
, 081102
(2015
).10.
S.
Xiao
, V. P.
Drachev
, A. V.
Kildishev
, X.
Ni
, U. K.
Chettiar
, H. K.
Yuan
, and V. M.
Shalaev
, Nature
466
, 735
–738
(2010
).11.
B.
Kang
, J. H.
Woo
, E.
Choi
, H. H.
Lee
, E. S.
Kim
, J.
Kim
, T. J.
Hwang
, Y. S.
Park
, D. H.
Kim
, and J. W.
Wu
, Opt. Express
18
(16
), 16492
–16498
(2010
).12.
O.
Buchnev
, J. Y.
Ou
, M.
Kaczmarek
, N. I.
Zheludev
, and V. A.
Fedotov
, Opt. Express
21
(2
), 1633
–1638
(2013
).13.
J.
Zhang
, K. F.
MacDonald
, and N. I.
Zheludev
, Opt. Express
21
(22
), 26721
–26728
(2013
).14.
P.
Moitra
, Y.
Yang
, Z.
Anderson
, I. I.
Kravchenko
, D. P.
Briggs
, and J.
Valentine
, Nat. Photonics
7
, 791
–795
(2013
).15.
K. E.
Chong
, B.
Hopkins
, I.
Staude
, A. E.
Miroshnichenko
, J.
Dominguez
, M.
Decker
, D. N.
Neshev
, I.
Brener
, and Y.
Kivshar
, Small
10
, 1985
–1990
(2014
).16.
D.
Lin
, P.
Fan
, E.
Hasman
, and M. L.
Brongersma
, Science
345
, 298
–302
(2014
).17.
A.
Arbabi
, Y.
Horie
, M.
Bagheri
, and A.
Faraon
, Nat. Nanotechnol.
10
, 937
–944
(2015
).18.
J.
Sautter
, I.
Staude
, M.
Decker
, E.
Rusak
, D. N.
Neshev
, I.
Brener
, and Y.
Kivshar
, ACS Nano
9
, 4308
–4315
(2015
).19.
M. R.
Shcherbakov
, P. P.
Vabishchevich
, A. S.
Shorokhov
, K. E.
Chong
, D. Y.
Choi
, I.
Staude
, A. E.
Miroshnichenko
, D. N.
Neshev
, A. A.
Fedyanin
, and Y.
Kivshar
, Nano Lett.
15
, 6985
–6990
(2015
).20.
Y.
Yang
, W.
Wang
, A.
Boulesbaa
, I. I.
Kravchenko
, D. P.
Briggs
, A.
Puretzky
, D.
Geohegan
, and J.
Valentine
, Nano Lett.
15
, 7388
–7393
(2015
).21.
A.
Karvounis
, J.
Ou
, W.
Wu
, K. F.
MacDonald
, and N. I.
Zheludev
, Appl. Phys. Lett.
107
, 191110
(2015
).22.
M.
Wuttig
and N.
Yamada
, Nat. Mater.
6
, 824
–832
(2007
).23.
Q.
Wang
, J.
Maddock
, E. T. F.
Rogers
, T.
Roy
, C.
Craig
, K. F.
MacDonald
, D. W.
Hewak
, and N. I.
Zheludev
, Appl. Phys. Lett.
104
, 121105
(2014
).24.
Q.
Wang
, E. T. F.
Rogers
, B.
Gholipour
, C. M.
Wang
, Y.
Guanghui
, J.
Teng
, and N. I.
Zheludev
, Nat. Photonics
10
, 60
–65
(2016
).25.
C. D.
Wright
, Y.
Liu
, K. I.
Kohary
, M. M.
Aziz
, and R. J.
Hicken
, Adv. Mater.
23
, 3408
–3413
(2011
).26.
D.
Kuzum
, R. G. D.
Jeyasingh
, B.
Lee
, and H. S. P.
Wong
, Nano Lett.
12
, 2179
–2186
(2012
).27.
A.
Christ
, S. G.
Tikhodeev
, N. A.
Gippius
, J.
Kuhl
, and H.
Giessen
, Phys. Rev. Lett.
91
, 183901
(2003
).28.
A.
Sobhani
, M. W.
Knight
, Y.
Wang
, B.
Zheng
, N. S.
King
, L. V.
Brown
, Z.
Fang
, P.
Nordlander
, and N. J.
Halas
, Nat. Commun.
4
, 1643
(2013
).29.
S. J.
Kim
, P.
Fan
, J. H.
Kang
, and M. L.
Brongersma
, Nat. Commun.
6
, 7591
(2015
).30.
S.
Fan
, W.
Suh
, and J. D.
Joannopoulos
, J. Opt. Soc. Am. A
20
, 569
–572
(2003
).31.
G.
D'Aguanno
, D.
de Ceglia
, N.
Mattiucci
, and M. J.
Bloemer
, Opt. Lett.
36
, 1984
–1986
(2011
).32.
P.
Lalanne
and J. P.
Hugonin
, J. Opt. Soc. Am. A
15
, 1843
–1851
(1998
).33.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4959272 for ellipsometric refractive index data for unstructured GST and associated simulations of amorphous GST nano-grating transmission; Experimental transmission spectra and simulated fittings for laser-annealed nano-gratings; Sample data for and computational modelling of TM-polarized illumination.
34.
J.
Orava
, A. L.
Greer
, B.
Gholipour
, D. W.
Hewak
, and C. E.
Smith
, Nat. Mater.
11
(4
), 279
–283
(2012
).35.
B.
Gholipour
, C. C.
Huang
, and D. W.
Hewak
, J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
26
, 4763
–4769
(2015
).36.
B.
Sa
, N.
Miao
, J.
Zhou
, Z.
Sun
, and R.
Ahuja
, Phys. Chem. Chem. Phys.
12
, 1585
–1588
(2010
).37.
T.
Siegrist
, P.
Jost
, H.
Volker
, M.
Woda
, P.
Merkelbach
, C.
Schlockermann
, and M.
Wuttig
, Nat. Mater.
10
, 202
–208
(2011
).38.
D. P.
San-Román-Alerigi
, D. H.
Anjum
, Y.
Zhang
, X.
Yang
, A.
Benslimane
, T. K.
Ng
, M. N.
Hedhili
, M.
Alsunaidi
, and B. S.
Ooi
, J. Appl. Phys.
113
, 044116
(2013
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
