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Andrea Bragas
Author with expertise in Plasmonics and Nanophotonics Research
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Si metasurface supporting multiple quasi-BICs for degenerate four-wave mixing

Gianni Moretti et al.Jun 4, 2024
Abstract Dielectric metasurfaces supporting quasi-bound states in the continuum (qBICs) enable high field enhancement with narrow-linewidth resonances in the visible and near-infrared ranges. The resonance emerges when distorting the meta-atom’s geometry away from a symmetry-protected BIC condition and, usually, a given design can sustain one or two of these states. In this work, we introduce a silicon-on-silica metasurface that simultaneously supports up to four qBIC resonances in the near-infrared region. This is achieved by combining multiple symmetry-breaking distortions on an elliptical cylinder array. By pumping two of these resonances, the nonlinear process of degenerate four-wave mixing is experimentally realized. By comparing the nonlinear response with that of an unpatterned silicon film, the near-field enhancement inside the nanostructured dielectric is revealed. The presented results demonstrate independent geometric control of multiple qBICs and their interaction through wave mixing processes, opening new research pathways in nanophotonics, with potential applications in information multiplexing, multi-wavelength sensing and nonlinear imaging.
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Arsenic Oxidation Kinetics with Plasmonic Nanocatalysts

Bernabé Miralles et al.Jun 6, 2024
Arsenic is one of the most toxic elements present in natural waters, and prolonged ingestion causes severe damage to health. Its oxidation from highly toxic As(III) to less harmful species involving As(V) is a process included in most remediation methods. The kinetics of this homogeneous redox reaction in the presence of hydrogen peroxide is very slow. We propose the use of metal nanoparticles as plasmonic catalysts for this reaction assisted by solar illumination. In this work, we show that As(III) oxidation to As(V) is accelerated by gold and silver nanoparticles through heterogeneous catalysis, and under plasmon excitation, hot charge carriers are generated that contribute to further increase in the reaction rate. We evaluate the efficiency of these nanocatalysts and their dependence on the excitation wavelength, and we quantify the different contributions to the oxidation process. Our results show that gold nanoparticles are better heterogeneous catalysts than silver nanoparticles; however, the latter increase their efficiency 8 times under resonant illumination, with irradiation powers close to that of sunlight, evidencing that the lower-cost material becomes a more efficient catalyst with light.
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All-Optical Generation and Detection of Coherent Acoustic Vibrations in Single Gallium Phosphide Nanoantennas Probed near the Anapole Excitation

Hilario Boggiano et al.Jan 14, 2025
Nanostructured high-index dielectrics have shown great promise as low-loss photonic platforms for wavefront control and enhancing optical nonlinearities. However, their potential as optomechanical resonators has remained unexplored. In this work, we investigate the generation and detection of coherent acoustic phonons in individual crystalline gallium phosphide nanodisks on silica in a pump-probe configuration. By pumping the dielectric above its bandgap energy and probing over its transparent region, we observe the radial breathing mode of the disk with an oscillation frequency around 10 GHz. We find that the detection efficiency peaks near the fundamental anapole state, matching numerical simulations. By comparing to reference gold plasmonic resonators, the dielectric nanoantennas display a modulation amplitude up to ∼5 times larger. We further demonstrate the launching of acoustic waves through the underlaying substrate and the mechanical coupling between two nanostructures placed 3 μm apart, laying the basis for photonic-phononic signal processing using dielectric nanoantennas.