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Giant intrinsic chiro-optical activity in planar dielectric nanostructures

机译：平面介电纳米结构中的巨大固有手性光学活性

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摘要

The strong optical chirality arising from certain synthetic metamaterials has important and widespread applications in polarization optics, stereochemistry and spintronics. However, these intrinsically chiral metamaterials are restricted to a complicated three-dimensional (3D) geometry, which leads to significant fabrication challenges, particularly at visible wavelengths. Their planar two-dimensional (2D) counterparts are limited by symmetry considerations to operation at oblique angles (extrinsic chirality) and possess significantly weaker chiro-optical responses close to normal incidence. Here, we address the challenge of realizing strong intrinsic chirality from thin, planar dielectric nanostructures. Most notably, we experimentally achieve near-unity circular dichroism with ~90% of the light with the chosen helicity being transmitted at a wavelength of 540 nm. This is the highest value demonstrated to date for any geometry in the visible spectrum. We interpret this result within the charge-current multipole expansion framework and show that the excitation of higher-order multipoles is responsible for the giant circular dichroism. These experimental results enable the realization of high-performance miniaturized chiro-optical components in a scalable manner at optical frequencies.
机译：由某些合成超材料产生的强光学手性在偏振光学，立体化学和自旋电子学中具有重要且广泛的应用。然而，这些本质上手征性的超材料被限制为复杂的三维（3D）几何形状，这导致了巨大的制造挑战，尤其是在可见波长下。他们的平面二维（2D）对应物受到对称性因素的限制，只能在倾斜角度（外部手性）下操作，并且具有接近法线入射的弱得多的手光学响应。在这里，我们解决了从薄的平面介电纳米结构实现强大的固有手性的挑战。最值得注意的是，我们通过实验获得了近统一的圆二色性，其中约90％的光以选定的螺旋度在540nm的波长下透射。这是迄今为止可见光谱中任何几何形状的最高值。我们在电荷电流多极扩展框架内解释了这一结果，并表明高阶多极的激发是巨大的圆二色性的原因。这些实验结果使得可以在光频率下以可扩展的方式实现高性能的微型手性光学组件。

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