x
Contents
2.5 Optical Chirality Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3 Spin-Polarized Plasmonics: Fresh View on Magnetic
Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Vladimir P. Drachev, Maria Pogodaeva, Sergey V. Levchenko,
and Ali E. Aliev
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Spin Polarization in Co Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Structural Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.5 Magnetic Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.6 Optical Resonance in Spin-Polarized Co Nanoparticles . . . . . . . . 66
3.7 Effect of Dimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4 Chirality and Antiferromagnetism in Optical Metasurfaces . . . . . . . 75
Kun Huang
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1.1 Optical Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1.2 History of Optical Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2 Chirality of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2.1 Spin of a Photon and Spin Angular Momentum . . . . . . . 82
4.2.2 Optical Vortices and Orbital Angular Momentum . . . . . . 84
4.3 Optical Chiral Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3.1 Plasmonic Chiral Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3.2 Chiral Nanosieves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3.3 Dielectric Chiral Metasurfaces
and Anti-ferromagnetic Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4 Applications of Chiral Light and Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4.1 Circular Dichroism and Helical Dichroism . . . . . . . . . . . 94
4.4.2 Chiral Meta-Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5 Light-Nanomatter Chiral Interaction in Optical-Force Effects . . . . . 105
Hajime Ishihara, Masayuki Hoshina, Hidemasa Yamane,
and Nobuhiko Yokoshi
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.2 3D Near-Field CD by Optical-Force Measurement . . . . . . . . . . . . 107
5.2.1 Model and Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.2.2 CD Spectra and NF-CD Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.2.3 CD of Optical Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Contents
2.5 Optical Chirality Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3 Spin-Polarized Plasmonics: Fresh View on Magnetic
Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Vladimir P. Drachev, Maria Pogodaeva, Sergey V. Levchenko,
and Ali E. Aliev
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Spin Polarization in Co Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Structural Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.5 Magnetic Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.6 Optical Resonance in Spin-Polarized Co Nanoparticles . . . . . . . . 66
3.7 Effect of Dimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4 Chirality and Antiferromagnetism in Optical Metasurfaces . . . . . . . 75
Kun Huang
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1.1 Optical Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1.2 History of Optical Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2 Chirality of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2.1 Spin of a Photon and Spin Angular Momentum . . . . . . . 82
4.2.2 Optical Vortices and Orbital Angular Momentum . . . . . . 84
4.3 Optical Chiral Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3.1 Plasmonic Chiral Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3.2 Chiral Nanosieves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3.3 Dielectric Chiral Metasurfaces
and Anti-ferromagnetic Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4 Applications of Chiral Light and Metasurfaces . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4.1 Circular Dichroism and Helical Dichroism . . . . . . . . . . . 94
4.4.2 Chiral Meta-Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5 Light-Nanomatter Chiral Interaction in Optical-Force Effects . . . . . 105
Hajime Ishihara, Masayuki Hoshina, Hidemasa Yamane,
and Nobuhiko Yokoshi
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.2 3D Near-Field CD by Optical-Force Measurement . . . . . . . . . . . . 107
5.2.1 Model and Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.2.2 CD Spectra and NF-CD Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.2.3 CD of Optical Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112