Multipole Analysis of the Extinction Cross Section and Circular Dichroism of Chiral Metamolecules with Optical Theorem

多极展开 圆二色性 散射 材料科学 极化率 光学 波长 分子物理学 二色性 共振(粒子物理) 诺共振 吸收(声学) 四极 光散射 等离子体子 物理 化学 原子物理学 分子 量子力学 结晶学
作者
Guodong Zhu,Zhiguang Sun,Jiayi Liu,Yurui Fang
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (9) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adom.202202677
摘要

Abstract Plasmonic chirality of metamolecules attracts increasing attention because of the tunable circular dichroism (CD) and near‐field enhancement for chiral molecule detection. Although various mechanisms have been proposed to explain the plasmonic CD, the quantitative analysis of particles with sub‐wavelength dimensions remains to be refined. Unlike biomolecules and small particles for which only absorption effects are considered, both multipolar scattering and absorption of sub‐wavelength metamolecules need to be analyzed. Here, the extinction and CD of chiral metamolecules are experimentally measured, and the contribution of excited multipole moments is theoretically investigated via combining multipole scattering and optical theorem. It is found that for the low‐order resonance mode, the absorption dominates the CD signal. While for high‐order resonance modes, both scattering and absorption significantly influence the CD, and the high‐order electric quadrupole moment that is commonly ignored plays a crucial role. Moreover, the intrinsic mechanism of the chiral response is also intuitively explained with linear polarization analysis. The mechanism proposed here is not only applicable for biomolecules and tiny particles with low‐order resonance modes but also works well for sub‐wavelength particles with high‐order modes, where conventional mixed electric and magnetic polarizability mechanisms usually do not work very well.
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