Cấu trúc CWP đƣợc biết đến nhƣ là một “nguyên tử meta từ” (magnetic meta-atom) dùng để tạo ra độ từ thẩm âm. Mặc dù vậy, bên cạnh cộng hƣởng từ, các cấu trúc CWP cũng thể hiện một cộng hƣởng điện nằm ở tần số khác [20].
Trên quan điểm mô hình lai hóa, hai cộng hƣởng trên là kết quả của sự lai hóa giữa hai cấu trúc cộng hƣởng trên hai thanh CW đơn lẻ và đƣợc đƣa ra trên hình 1.15. Trong trƣờng hợp này, cấu trúc CWP bao gồm hai thanh CW kim loại cách nhau bởi một lớp điện môi. Mỗi thanh CW có một mode cộng hƣởng
plasmon với tần số riêng |ω1 > và |ω2 >, chúng bằng nhau trong trƣờng hợp hai thanh hoàn toàn giống nhau về tham số hình học và điều kiện phân cực của sóng điện từ chiếu đến. Trong một hệ CWP gồm hai thanh kim loại ở khoảng cách gần, sự tƣơng tác plasmon giữa hai thanh sẽ mạnh hơn dẫn tới sự suy biến của các mode cộng hƣởng riêng và tách thành 2 mode cộng hƣởng plasmon mới.
(a) ( b) (c)
Hình 1.15.(a)Cấu trúc CWP, (b) giản đồ lai hóa,
(c) phổ truyền qua của cấu trúc một CW và một cặp CW ( CWP) [21].
Mode ứng với sự phân bố trƣờng đối xứng trong không gian gọi là mode đối xứng, có một tần số riêng |ω+>. Ngƣợc lại, mode bất đối xứng ứng với sự phân bố bất đối xứng của trƣờng có tần số riêng |ω->. Mode bất đối xứng |ω-> đƣợc cảm ứng bởi lực hút sinh ra do các dao động ngƣợc pha của các điện tích nên nó sẽ nằm ở mức năng lƣợng thấp hơn, còn các mode đối xứng |ω+> ứng với lực đẩy do các dao động cùng pha và nó sẽ nằm ở mức năng lƣợng cao hơn. Sự tách tần số riêng trong hệ của hai thanh kim loại có thể quan sát trong phổ truyền qua của một đơn lớp CWP nơi có hai cực tiểu tƣơng ứng với sự kích thích của mode đối xứng |ω+> và mode bất đối xứng |ω-> (Quan sát hình 1.15(c) có hai đỉnh ứng với đƣờng màu xanh). Ngƣợc lại, phổ của một thanh kim loại đƣợc trình bày trong hình 1.15(c), đƣờng màu đỏ tƣơng ứng với một cực tiểu của mode cộng hƣởng riêng.
Hình 1.16. Phân bố của điện trường và từ trường tương ứng với cộng hưởng a), b) đối xứng và c), d) bất đối xứng của cấu trúc CWP có hai thanh bằng
vàng chiều dài 300 nm bề dày 10 nm và cách nhau 40 nm [22].
Để hiểu rõ hơn bản chất của hai mode này, sự phân bố của điện trƣờng và từ trƣờng tại các tần số của cộng hƣởng đối xứng và bất đối xứng hai thanh đƣợc trình bày trong hình 1.16 (a)-(d) [22]. Trong cộng hƣởng đối xứng, điện trƣờng phân bố (hình 1.16(a)) tƣơng ứng với hai dao động lƣỡng cực cùng pha. Do đó, mode đối xứng liên quan với một momen lƣỡng cực điện mạnh, ngoài ra momen từ tại tâm của hệ bằng 0 (hình 1.16(b)). Nhƣ vậy, có thể thấy rằng mode đối xứng chính là cộng hƣởng điện có thể tạo ra độ điện thẩm âm. Ngƣợc lại, sự phân bố của điện trƣờng trong cộng hƣởng bất đối xứng tƣơng ứng với một dao động lƣỡng cực ngƣợc pha (hình 1.16(c)). Từ giản đồ cho từ trƣờng, chúng ta có thể quan sát từ trƣờng tập trung tại tâm của hệ trong cộng
hƣởng bất đối xứng (hình 1.16(d)). Do đó, mode bất đối xứng là cộng hƣởng từ có thể tạo ra độ từ thẩm âm.