Achiral Magnetic Photonic Antenna as a Tunable Nanosource of Chiral Light - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles ACS photonics Year : 2023

Achiral Magnetic Photonic Antenna as a Tunable Nanosource of Chiral Light

Antenne photonique magnétique achirale comme nanosource accordable de lumière chirale

Lingfei Cui
  • Function : Author
  • PersonId : 1329357
  • IdRef : 274016176
Xingyu Yang
  • Function : Author
Benoît Reynier
  • Function : Author
Catherine Schwob
  • Function : Author
Sébastien Bidault
Bruno Gallas

Abstract

Sensitivity to molecular chirality is crucial for many fields, from biology and chemistry to the pharmaceutical industry. By generating superchiral light, nanophotonics has brought innovative solutions to reduce the detection volume and increase sensitivity at the cost of a non-selectivity of light chirality or a strong contribution to the background. Here, we theoretically propose a simple achiral plasmonic resonator, based on a rectangular nanoslit in a thin metallic layer behaving as a magnetic dipole, to generate a tunable nanosource of purely chiral light working from the UV to the infrared. This nanosource is free of any background, and the sign of its chirality is externally tunable in wavelength and polarization. These unique properties, resulting from the coupling between the incident wave and the magnetic dipolar character of our nano-antenna, coupled with a method of Fluorescent Detected Circular Dichroism (FDCD), shown to be two orders of magnitude more sensitive than classical circular dichroism measurements, thus provide a platform with deep subwavelength detection volumes for chiral molecules and a roadmap for optimizing the signal-to-noise ratios in circular dichroism measurements to reach single-molecule sensitivity.
La sensibilité à la chiralité moléculaire est cruciale dans de nombreux domaines, de la biologie et de la chimie à l'industrie pharmaceutique. En générant une lumière superchirale, la nanophotonique a apporté des solutions innovantes pour réduire le volume de détection et augmenter la sensibilité au prix d'une non-sélectivité de la chiralité de la lumière ou d'une forte contribution à l'arrière-plan. Ici, nous proposons théoriquement un résonateur plasmonique achiral simple, basé sur une nanolithe rectangulaire dans une fine couche métallique se comportant comme un dipôle magnétique, pour générer une nanosource accordable de lumière purement chirale fonctionnant de l'UV à l'infrarouge. Cette nanosource est exempte de tout arrière-plan et le signe de sa chiralité est accordable de l'extérieur en longueur d'onde et en polarisation. Ces propriétés uniques, résultant du couplage entre l'onde incidente et le caractère dipolaire magnétique de notre nano-antenne, associées à une méthode de dichroïsme circulaire détecté par fluorescence (FDCD), qui s'est avérée être deux ordres de grandeur plus sensibles que les mesures de dichroïsme circulaire classiques, fournissent ainsi une plate-forme avec des volumes de détection sub-longueur d'onde profonds pour les molécules chirales et une feuille de route pour l'optimisation des rapports signal-bruit dans les mesures de dichroïsme circulaire afin d'atteindre la sensibilité d'une seule molécule.
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Dates and versions

hal-04234723 , version 1 (10-10-2023)

Identifiers

Cite

Lingfei Cui, Xingyu Yang, Benoît Reynier, Catherine Schwob, Sébastien Bidault, et al.. Achiral Magnetic Photonic Antenna as a Tunable Nanosource of Chiral Light. ACS photonics, 2023, ⟨10.1021/acsphotonics.3c00281⟩. ⟨hal-04234723⟩
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