Second and Third Harmonic Generation in Metal-Based Nanostructures
我们提出了一种新的理论方法来研究二次和三次谐波产生的金属纳米结构和纳米腔填充的非线性材料，在超短脉冲制度。我们将金属建模为双组分介质，使用流体动力学模型来描述自由电子，并使用洛伦兹振荡器来解释芯电子对线性介电常数和谐波产生的贡献。主动非线性介质，可以填充金属纳米腔，或被定位在金属层之间的堆栈，也建模使用洛伦兹振荡器和表面现象，由于对称性破缺考虑在内。我们研究了入射TE和TM偏振场的影响，并表明，一个简单的重新检查的基本方程揭示了额外的可利用的动力学特征的非线性频率转换等离子体纳米结构。
2010-06-06 physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Photocurrent-induced harmonics in nanostructures
本文揭示了强场中电子隧穿电离及加速机制在金属纳米结构中诱导产生谐波，并展示了局部场梯度对谐波的影响，从而揭示电子在连续态的初始速度。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Effect of lamellar nanostructures on the second harmonic generation of polymethylmethacrylate films doped with 4-(4-nitrophenylazo)aniline chromophores
研究了分散橙3分子在强静电极化场作用下嵌入非晶和纳米结构聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中的取向动力学。用电晕极化技术在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中获得了非中心对称的发色团分布。这些分布取决于电晕极化时间。分散橙3分子取向的变化之后，原位传输的二次谐波产生测量。在几个温度下记录二次谐波产生信号作为时间的函数;考虑到基质-发色团相互作用，将其拟合为电晕极化时间的函数。聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的纳米结构的阴离子表面活性剂，十二烷基硫酸钠的掺入。通过X射线衍射测量确定了薄膜中的层状纳米结构。
2011-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Achiral nanostructures: perturbative harmonic generation and dichroism under vortex and vector beams illumination
本文研究涡旋与矢量光束照射非手性纳米结构时的线性及非线性二向色性，通过对称性分析推导圆二向色性产生条件，以助力手性传感器和光镊设计。
2024-05-15 physics.optics
Electron-Backscattering-Assisted High Harmonic Generation from Bilayer Nanostructures
在含时密度泛函理论的框架下，我们得到了层间距d = 70 μ m的双层晶体中光子能量高达10 μ m的高次谐波。在掠入射时，谐波谱中观察到明显的双平台结构。第二平台的光子能量远远超过类原子谐波，可以很好地解释了电离电子的背散射包括。从头算模拟表明，第二平台的截止值随着d的增加而不断延长。我们的经典计算预测，最大电子动能是线性依赖于d在很宽的范围内。此外，在第二平台的谐波产量显着增强的驱动激光器的波长的增加。由于电子波包的受限扩展，获得了λ2.85的有益波长缩放。因此，这项研究建立了一种新的和有效的方式来产生基于层状纳米结构的高能光源。
2020-09-30 physics.optics
Understanding photoluminescence of coupled metallic nanostructures based on a coupling classic harmonic oscillator model
金属纳米结构的光致发光（PL）现象已经从几个角度得到了解释和理解。一种是基于经典的谐振子模型，描述单模光致发光。在这项研究中，我们继续扩展这个经典模型的耦合情况下，这涉及到两个振荡器，相互作用的激励电场一起。分析了由于耦合而产生的新模式，包括它们在不同情况下的行为随耦合系数的变化。此外，为了实用，作为实例，计算了两个单独的金属纳米结构的PL谱和白光散射谱，验证了该模型的有效性。这一工作将加深对耦合光致发光现象的理解，并有助于相关应用。
2021-11-14 physics.optics
Toy model of harmonic and sum frequency generation in 2D nanostructures
物质的光学非线性通常与单个原子的响应有关。在这里，使用一个玩具振荡器模型，我们表明，在一个二维介电纳米粒子的有限的几何形状的原子阵列的集体非线性响应可以产生从库仑相互作用的束缚光学电子，即使个别原子表现出没有非线性。我们确定的多极贡献的非线性响应的纳米粒子和证明，奇数阶和偶数阶的非线性电偶极矩的规模与纳米粒子的面积和周长，分别。
2021-09-21 physics.optics
Observing the influence of second-harmonic tangential surface source in gold plasmonic nanostructures
本文通过单粒子级扫描与数值模拟对比，发现金等离激元纳米结构中常被忽略的切向表面源对二次谐波产生起主导作用，且受表面粗糙度影响，法向表面源影响不显著。
2025-02-27 physics.optics
Nonlocal Electromagnetic Response of Graphene Nanostructures
石墨烯的非局域电磁效应源于其自然色散的介电响应。我们提出了半解析解的非局部麦克斯韦方程的石墨烯纳米带阵列的功能约100 nm，我们发现显着偏离其本地响应。有趣的是，平行于带状物的光偏振的非局部校正更强，这表现为Drude峰的额外加宽。对于垂直极化的情况，非局域效应导致等离子体激元峰的蓝移。这些表现提供了一个物理措施的非局部效应，我们量化其依赖于带宽度，掺杂和波长。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Two-Particle Tight-Binding Description of Higher-Harmonic Generation in Semiconductor Nanostructures
我们发展了一个量子力学理论来描述半导体纳米结构的光学响应，特别强调高次谐波的产生。基于紧束缚方法，我们考虑了所有的两粒子关联，从而描述了电子和空穴的产生、演化和湮灭。在限制的情况下，散装材料，我们获得了相同的精度，通过解决完善的半导体布洛赫方程。对于有限范围的半导体结构，我们也将周围的空间，从而使电子发射的描述。此外，我们将不同的弛豫机制，如失相和阻尼的带内电流。此外，我们的描述的优点在于，从极其精确的材料数据开始，例如，从由密度泛函理论计算获得的紧束缚参数，我们获得了与可比较的从头算方法相比在计算上挑战性和资源需求小得多的数值描述，例如，基于含时密度泛函理论的那些。
2022-05-01 physics.optics
Harmonic generation by metal nanostructures optically coupled to 2D transition metal dichalcogenide
基于非线性Drude模型，对强耦合对周期金属光栅高次谐波产生的影响进行了严格的电动力学模拟。它示出了一个薄的色散材料的三阶非线性强烈耦合到表面等离子体激元显着影响偶谐波产生单独的金属。使用一个简单的分析模型解释这种效应的物理性质，并进一步支持数值模拟。此外，二次和三次谐波的行为作为模型材料系统的各种物理参数的函数进行了研究，揭示了高度复杂的动力学。二维少层WS2的非线性光学响应的第二和第三阶耦合到一个周期性的等离子体激元光栅的金属的二次谐波产生上有显着的效果。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harmonic Generation in Metal-Insulator and Metal-Insulator-Metal Nanostructures
我们报告说，第二和第三谐波信号减少与绝缘膜表面覆盖在金基板上给出了一个衡量的电子密度的溢出量的绝缘体，这被称为金属绝缘体间隙状态。对于金属-绝缘体-金属（MIM）结构，我们观察到增强饱和和淬火的第三谐波效率远远高于金属-绝缘体（MI）样品的效率。测量的光学谐波的散射光从MI和MIM系统进行了比较，详细的模拟的非线性相互作用，包括自由电子溢出到绝缘体，非局域和电子量子隧穿效应。使用原子层沉积，用可变的薄绝缘体膜厚度覆盖金涂覆的衬底。在实验中测量了两种绝缘体材料（ZnO和Al_2 O_3）散射光的光学谐波。基于我们的模拟，我们得出结论，所观察到的MIM信号增强效应主要是由于电子气中的非局域现象。
2018-10-05 physics.optics
Fourier modal method and coordinate transformation method under nonclassical electromagnetic boundary condition for the electromagnetism of mesoscale metallic nanostructures
本文将非经典电磁边界条件（NEBC）纳入适用于三维弯曲光子结构的傅里叶模态法（FMM）和坐标变换法（C method），为介观金属纳米结构中的非经典量子效应电磁建模提供了物理直观且高效的计算方法。
2025-06-28 physics.optics
Nonlocal and Quantum Tunneling Contributions to Harmonic Generation in Nanostructures: Electron Cloud Screening Effects
我们对金属纳米结构的二次和三次谐波产生的理论研究预测，非局域和量子隧穿现象可以大大超过仅仅基于局域经典电磁学的预期。考虑到典型的过渡金属原子的直径约为3 μ m，我们采用了一个理论模型，该模型通过考虑以下因素来处理纳米尺寸特征和/或亚纳米尺寸间隙或间隔物：（i）满足连续电动力学要求的原子尺寸所施加的限制;（ii）几乎自由的电子云溢出到周围真空中;以及（iii）当物体被放置得非常接近时，量子隧穿的概率增加。我们的方法还包括治疗的束缚电荷，这增加了关键的，动力学组件的介电常数被忽略在传统的流体动力学模型，特别是在可见光和紫外范围内，带间跃迁是重要的。该模型试图注入到经典的电动力学图片一个简单的，也许是更现实的描述金属表面，通过纳入一个薄的铜绿的自由电子屏幕内部，极化介质。
2014-05-27 physics.optics
Analysis of Electromagnetic Scattering from Semiconductor Nanostructures by Solving Coupled Volume Integral and Two-fluid Hydrodynamic Equations
Light Academy College of Engineering, Bishkek, Kyrgyzstan（吉尔吉斯斯坦比什凯克光学院工程学院）；King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwal, Saudi Arabia（沙特阿拉伯图瓦尔阿卜杜拉国王科技大学）；Nanjing University of Science and Technology (NJUST), Nanjing, China（中国南京南京理工大学）；University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), Chengdu, China（中国成都电子科技大学）
本文提出基于体积积分方程的求解器，用于分析半导体纳米结构的电磁散射，通过耦合体积积分方程与双流体流体动力学方程，准确捕捉空间色散效应和低频声子模，展示其在描述声子共振和局域表面等离子体共振蓝移方面的独特优势。
2026-09-09 physics.optics
Revealing a mode interplay that controls second harmonic radiation in gold nanoantennas
在这项工作中，我们研究了金纳米棒产生的二次谐波光，并证明了收集的非线性强度取决于纳米结构中不同模式之间的相位相互作用。通过记录不同长度的纳米棒的后向和前向发射的二次谐波信号，我们发现，在前向和后向发射的最大非线性信号并没有获得相同的纳米棒长度。我们证实了实验结果的帮助下完成的全波计算与表面积分方程法。这些意见解释的多极性质的二次谐波发射，它强调的作用所发挥的相对相位之间的二次谐波模式。我们的研究结果是一个特别重要的等离子体纳米结构的设计与可控的非线性发射和非线性等离子体传感器，以及在等离子体纳米结构的谐波产生的相干控制。
2018-02-28 physics.optics
A hybridizable discontinuous Galerkin method for computing nonlocal electromagnetic effects in three-dimensional metallic nanostructures
光与金属纳米结构的相互作用在金属表面产生电子的集体激发，也称为表面等离子体。这些集体激发导致共振，使光的限制在深亚波长区域，从而导致大的近场增强。等离子体共振的模拟提出了显着的挑战。从建模的角度来看，金属纳米结构中的导带电子的现实行为并没有被麦克斯韦方程组捕获，因此需要额外的建模。从模拟的角度来看，在长度尺度上的差异所产生的极端领域的本地化需要高效和准确的数值方法。在本文中，我们发展了一种可杂交的间断Galerkin（HDG）方法来求解贵金属导带电子流体力学模型下的Maxwell方程组。这种方法能够有效地模拟等离子体纳米结构，同时考虑电子和入射光之间的非局部相互作用。我们引入了一种新的后处理方案，以恢复超收敛的解决方案，并证明了所提出的HDG方法的收敛性的二维金纳米线和三维周期性环形纳米间隙结构的模拟。的流体动力学模型的结果进行了比较，一个简化的本地响应模型，显示它们之间的差异可以是显着的纳米尺度。
2017-11-27 physics.optics
Resonant enhancement of second harmonic generation in the mid-infrared using localized surface phonon polaritons in sub-diffractional nanostructures
我们报告的强烈增强的中红外二次谐波产生（SHG）从SiC纳米柱由于共振激发的局部表面声子极化激元内的Reststrahlen带。的SHG峰的幅度在的谐振频率超过描述的场的本地化程度和分散的线性和非线性光学SiC性能的经验强烈的依赖性。比较结果为相同的纳米结构制成的4 H和6 H SiC多型体，我们证明了局域表面声子极化激元与带折叠弱声子模式的各向异性晶体的相互作用。在6 H-SiC中激发带折叠声子的区域内和区域外调谐双折射模式，当两种模式耦合时，我们观察到已经双折射增强的SHG输出的显著增加。设想这种相互作用的中红外非线性纳米声学的展示功能之一，我们讨论了其在红外光谱范围内具有所需性能的非线性光学材料的有效工程的前景。
2016-07-19 physics.optics
Surface Plasmon Excitation of Second Harmonic light: Emission and Absorption
我们的目标是澄清吸收在各种金属纳米结构的非线性光学过程中发挥的作用，并显示它如何与发射和转换效率。我们定义了一个数字的优点，建立结构的能力，无论是有利于或阻碍二次谐波产生。我们的研究结果表明，尽管最好的努力开始通过等离子体激元激发增强局部场和光耦合，几乎总是吸收的谐波能量远远超过远场发射的谐波能量。吸收过程的定性和定量的理解是至关重要的等离子体纳米结构的频率混合的目的的实际设计的评价。
2017-02-04 physics.optics
Parallel overlapping-domain decomposition FDFD for large-scale complex nanostructures modeling
针对大规模复杂纳米结构电磁建模，提出基于FDFD的并行重叠域分解方法，通过PML子域划分与多波前预条件加速，实现与COMSOL一致精度且计算时间降低一个数量级。
2025-09-25 physics.optics
Phase matching effects in high harmonic generation at the nanometer scale
已知等离子体共振放大金属纳米结构附近的电磁场。因此，他们被认为是一个有前途的计划，以产生极紫外谐波，使用低功率驱动。在高次谐波产生（HHG）期间，驱动场和谐波场在它们传播通过目标时积累相位差。在一个典型的设置中-激光聚焦到气体射流或细胞中-传播距离相当于几个波长，并且累积的相位失配强烈影响谐波发射的效率和特性。相比之下，金属纳米结构中的HHG被认为可以克服这种限制，因为相位失配的常见来源-光密度和聚焦几何形状-对于亚波长传播距离可以忽略不计。然而，在这封信中，我们证明了相位匹配仍然发挥了相关的作用，在高次谐波从纳米结构。我们的计算将此归因于HHG的非微扰特性，其将谐波的相位与驱动场的强度分布联系起来。我们还表明，广泛使用的相位匹配控制的应用，如量子路径选择和阿秒脉冲产生的对比度的增加，也是可行的，在纳米尺度。
2017-06-02 physics.optics
Unidirectional light propagation through two-layer nanostructures based on optical near-field interactions
我们从理论上证明了方向相关的偏振转换效率，产生单向光传输，通过使用光学近场的角谱表示的两层纳米结构。该理论提供的结果是一致的电磁数值模拟。这项研究表明，纳米结构物质之间的光学近场相互作用可以提供独特的光学特性，如这里观察到的单向性，并为理解和工程纳米结构实现新的功能提供了基本的指导原则。
2014-12-18 physics.optics
Understanding the electromagnetic response of graphene/metallic nanostructures hybrids of different dimensionality
等离子体激元激发，如表面等离子体激元（SPP）和石墨烯等离子体激元（GP），携带大动量，因此能够限制电磁场到小尺寸。这种特性使它们成为亚波长光学控制和纳米级操作的理想平台。如果金属-绝缘体-金属和石墨烯-绝缘体-金属的方案分别用于SPP和GP，则这些等离子体激元的动量甚至进一步增加。然而，由于动量如此之大，它们的远场激发变得具有挑战性。在这项工作中，我们考虑石墨烯和金属纳米结构的混合物，并研究远场光与支持的高动量等离子体激元模式相互作用背后的物理机制。虽然GP和SPP的性质有一些相似之处，但由于两者都是等离子体极化激元类型，因此它们的物理性质也明显不同。对于GP，我们发现两种不同的物理机制，要么GP局限于隔离腔，或大面积集体光栅耦合器。引人注目的是，我们发现，虽然这两个系统在概念上是不同的，在特定的条件下，他们可以表现出类似的。通过将相同的研究应用于SPP，我们发现了不同的物理行为，这从根本上源于SPP与GP相比的不同色散关系。此外，这些混合物产生大的场增强，也可以电调谐和调制，使它们成为各种等离子体器件的理想候选者。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-Enhanced Second-Harmonic Generation in Atomically Thin Crystalline Silver Nanostructures
ICFO–Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of Vienna, Faculty of Physics, Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ)（维也纳大学物理学院，维也纳量子科学与技术中心）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；Department of Physics, Dokuz Eylül University（德古兹埃勒大学物理系）；Centro de Física de Materiales CSIC-UPV/EHU and Materials Physics Center（CSIC-巴斯克国立大学物质物理学中心和材料物理中心）
本研究通过原子级薄晶体银薄膜中的量子限制与等离激元共振协同作用，实现了二次谐波产生的显著增强，为超紧凑非线性光学器件提供了可扩展方案。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Doubly Enhanced Third Harmonic Generation in Metal-Based Silicon Nanodisks
在近红外波段，将硅纳米盘置于金属薄膜上，通过电偶极共振（EDR）实现了双增强三次谐波产生（THG）。通过引入金属衬底，可以形成理想电导体（PEC）表面效应，不仅可以增强硅中的电场，而且可以改善近场分布。同时，考虑到周期性的纳米结构，硅纳米盘，作为一个高折射率的介质光栅，可以在金属表面上产生一个传播的表面等离子体共振（PSPR）。通过灵活地控制阵列周期，PSPR可以有效地与EDR耦合，从而产生EDR的进一步增强和新特性。由于这两种效应的双重增强，结果表明，所提出的纳米结构的总的三倍频转换效率提高了8个数量级以上的全介电纳米结构相比。此外，还研究了硅克尔效应对耦合和三倍频的影响，在输入强度为2 GW/cm ^2时，三倍频效率达到了10^-2左右。这一工作将为改善金属-介质纳米结构中的多极模式提供一条新的途径，并促进其在非线性光学中的工程应用，如频率转换、光谱和生物化学传感等。
2019-12-25 physics.optics
High-order harmonic generation from Rydberg atoms driven by plasmonic-enhanced laser fields
我们从理论上研究了空间非均匀激光场驱动下里德伯原子中的高次谐波产生。众所周知，当惰性气体原子处于其基态时，要产生高次谐波，激光强度必须超过一定的阈值。增强来自常规激光振荡器的相干光的一种方式是利用由所谓的表面等离子体激元获得的放大，当低强度激光场聚焦到金属纳米结构上时产生表面等离子体激元。该方案的主要限制是纳米结构工程中所用材料的低损伤阈值。在这项工作中，我们建议使用里德伯原子，驱动的空间不均匀，等离子体增强的激光场，高次谐波。我们详尽地讨论了这些系统在产生相干谐波发射的行为和效率。为此，我们数值求解了含时薛定谔方程的一个原子的电子最初在一个高度激发的$n$ -th里德伯态，位于附近的金属纳米结构，其中的电场的空间变化的尺度上的激光电离的电子的动力学。然后，我们采用一个更现实的情况下，当一个三维氢原子的等离子体增强激光场的相互作用建模。我们讨论了相关的输入参数的标度与问题的里德堡态的主量子数$n$，并证明，谐波发射可以实现从里德伯原子远低于损伤阈值，从而不会恶化的几何形状和金属纳米结构的属性。
2015-12-16 physics.atom-ph physics.optics
Correlations between helicity and optical losses within general electromagnetic scattering theory
近年来，保螺旋纳米结构和超颖表面被认为是增强手性物质光谱特性的合适候选材料。考虑到这一点，我们强调，损失的构成材料的螺旋性显着影响的可能性，建设结构，保存螺旋。首先，我们提出了一个通用的程序，允许评估的归一化螺旋度期望值，$\langle\hatΛ\rangle$，即可观察到的，允许识别的螺旋度保持散射体。然后，我们将此程序的情况下，手性球，在一个方向平均的图片可以捕获的手性无机纳米结构的光学响应，获得广泛适用的分析表达式$\langle\hatΛ\rangle$为这种类型的对象。最后，我们数值计算表明，光学损耗施加上界的螺旋度期望值的螺旋核壳和手征球。
2022-01-18 physics.optics
Near-Field Enhancement of Optical Second Harmonic Generation in Hybrid Gold-Lithium Niobate Nanostructures
本文提出一种新机制，通过金纳米颗粒的局域表面等离激元共振与铌酸锂颗粒非辐射耦合，在无需辐射纳米天线的情况下实现约32倍的二次谐波产生增强，为设计亚波长非线性光学平台提供了新途径。
2022-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Quantum Emitters near Layered Plasmonic Nanostructures: Decay Rate Contributions
我们介绍了一个数值框架，用于计算衰减率的贡献时，激发的两级量子发射体位于附近的层状等离子体纳米结构，特别强调的情况下，金属基板上的等离子体纳米结构，其中存在三个衰减通道：自由空间辐射，欧姆损失，和激发表面等离子体极化激元（SPP）。衰变率贡献的计算是基于惠更斯的等效原理连同近场到远场的局部电场的变换，从而使我们能够辨别与自由传播波而不是SPP相关联的电磁场的部分。该方法被施加到一个发射器内部和附近的间隙等离子体共振器的情况下，强调强的位置和方向的总衰减率的依赖关系，不同的衰减通道，辐射模式，SPP激励的方向性的贡献。
2016-09-15 physics.optics
Quantifying the Coherent Interaction Length of Second-Harmonic Microscopy in Lithium Niobate Confined Nanostructures
本研究针对薄膜铌酸锂（TFLN）中二次谐波显微术受界面效应影响的问题，通过楔形样品调控厚度，实验结合数值模拟揭示其背反射下主导信号为共传播相位匹配分量，且相干作用长度依赖泵浦波长与物镜数值孔径。
2021-08-19 physics.app-ph physics.optics
Self-assembled nanostructured metamaterials
超材料的概念出现在2000年，实现了人工结构，使非传统的电磁波的传播，如负折射的负相速度。超材料的电磁响应通常基于亚波长尺寸和良好设计的形态的光学谐振元件（或超原子）的存在，以便提供期望的电和磁光学性质。基于光刻技术的自顶向下技术已经被广泛用于制造从微波到可见光频率的各种高效电和磁谐振器。然而，在可见光中，需要大量纳米尺寸的元件，从而达到自上而下方法的技术极限。我们在这里表明，自下而上的制造路线的基础上的纳米化学和胶体物理学的自组装方法的组合提供了一个很好的替代大规模合成复杂的元原子，以及制造的二维和三维样品表现出元属性在可见光。
2019-03-21 physics.optics
Plasmonic and photonic enhancement of chiral near fields
具有高度扭曲电磁场的手性近场建立了一座桥梁，以匹配手性分子和具有大尺寸差异的光波长。它能显著增强手性分子的圆二色性，在手性传感、检测、捕获等手性相关领域具有广阔的应用前景。表面等离子体具有突出的光捕获和电磁场集中能力。等离子体手性纳米结构促进光操纵以产生超手性近场。同时，纳米光子结构由于其独特的电磁共振特性，在获得强手征场方面引起了人们极大的兴趣。在光与手性物质相互作用过程中，手性近场不仅是光与手性分子相互作用的桥梁，而且也是手性分子光学活动的重要因素。本文综述了利用等离子体和光子纳米结构增强手性近场效应的最新研究进展。本文综述了手征电磁场的基本原理以及等离子体纳米结构和光子纳米结构在近场增强方面的研究进展。研究了增强手征近场的性质及其在手性分子探测、自旋轨道角相互作用和产生手征光学力等方面的应用。最后，我们讨论了当前的挑战，并提供了一个简要的展望这一领域。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second harmonic generation with plasmonic metasurfaces: direct comparison of electric and magnetic resonances
金属纳米结构中的等离子体共振已被证明可以显著增强局部电磁场，从而提高非线性光学现象的效率，例如二次谐波产生（SHG）。虽然已经在实验中观察到增强的场可以显着提高SHG，但迄今为止，已经证明难以在同一个纳米结构中探测电共振和磁共振。然而，这对于直接比较SHG增强的电和磁分量的相对贡献是必要的。在本文中，我们报告了一个实验研究的超颖表面能够提供电和磁共振倍频增强TM极化。我们的超颖表面可以被设计成使得电共振和磁共振的峰值频率可以被独立地调整。我们使用这个特征来区分它们的相对贡献。实验上观察到，磁共振与电共振相比仅提供50%的SHG增强。此外，在频率上对齐两个谐振导致1.32 X 10^（-10）的转换效率。
2015-09-29 physics.optics
Ultrafast coherent energy transfer with high efficiency based on plasmonic nanostructures
利用主方程方法和电磁格林张量技术，建立了等离子体热点中一对施主和受主分子的能量转移动力学理论。非局部效应已被认为是通过使用流体力学模型。研究了在强耦合条件下等离子体纳米结构中两分子间的相干相互作用。结果表明，当考虑量子相干性的贡献时，一对分子间的能量转移效率可以得到很大的提高，转移时间可以减少到几十飞秒。并对这种现象的物理根源进行了分析。这种超快和高效的能量转移机制可能有利于人工光捕获设备。
2017-12-27 physics.optics
Large suppression of quantum fluctuations of light from a single emitter by an optical nanostructure
我们研究了从一个单一的发射器耦合到一个光学纳米结构的共振荧光的电磁场波动的减少。我们发现，这种混合系统可以导致产生压缩态的光，量子涨落显着低于散粒噪声水平。此外，实现压缩的物理条件相对于自由空间中的发射体是强烈松弛的。对压缩光的高度控制在远场和近场都是可行的，这为利用最先进的设置在纳米尺度上对其进行操纵和应用开辟了道路。
2014-05-07 physics.optics quant-ph
Hyperbolic carbon nanoforest for phase matching of ordinary and backward electromagnetic waves: second harmonic generation
我们表明，刻意设计的色散超材料板可以实现对向传播的普通基波和非常后向二次谐波表面电磁模式的共存和相位匹配。在后向波中，能流和相速度是反向的，这是引起独特的非线性光学传播过程的现象。我们表明，频率，相位和群速度，以及固有的电磁模式所支持的这种超材料的aveguide损耗，可以定制，以最大限度地转换的频率和反向传播所产生的波的方向。这种可能性，这是至关重要的非线性光子学，证明了与双曲型超材料的碳纳米管站在金属表面的数值模型。在反射方向上的返波二次谐波产生和相应的倍频超反射器在太赫兹的非凡性能的研究与脉冲制度的重点。
2017-09-21 physics.optics
Surface-Enhanced Circular Dichroism spectroscopy on periodic dual nanostructures
提高手性光谱技术如圆二色光谱的灵敏度是纳米光子学研究领域的一个热点。增强CD光谱取决于两个互补的要求：所研究的分子所感知的电磁场的增强和这些场的螺旋度的守恒，由对偶对称性保证。在这项工作中，我们介绍了一个系统的方法来设计纳米结构的双周期光子系统能够增强分子CD光谱共振。作为一个例子，我们设计了一个双1D硅纳米颗粒阵列，并表明其集体光学模式可以有效地采用共振增强两个数量级的光学手性的局部密度，因此，CD信号从一个给定的分子样品在其附近。
2020-03-17 physics.optics
Gate-controlled mid-infrared light bending with aperiodic graphene nanoribbons array
石墨烯等离子体纳米结构能够实现从中红外到太赫兹频率的电磁能量的亚波长限制。通过利用在等离子体纳米结构的共振频率附近的光谱变化的光散射相位，可以控制入射光束的反射角度。我们证明，通过基于麦克斯韦方程组的全波电磁模拟，通过使用石墨烯纳米带的非周期性阵列的中红外线光束的反射角度的电控制，其宽度被设计为产生空间变化的反射相位分布，其允许朝向预定义方向的远场准直光束的构造。
2014-12-02 physics.optics
Photon induced near-field electron microscopy from nanostructured metallic films and membranes
我们调查-实验和理论-非弹性之间的相互作用的快速电子和电磁场散射的金属孔和纳米结构的电介质膜，使用光子诱导近场电子显微镜。在高亮度超快透射电子显微镜中进行的实验-在氮化硅膜上的金孔上显示电子-光耦合强度的强烈调制。我们证明了这种效应是由孔径边缘散射的电场和介质膜对入射波的反射和透射共同作用的结果。此外，当在金属孔内添加纳米结构时，新的散射场干扰先前的贡献，从而在电子-光耦合强度的附加调制中压印纳米结构的光学响应。使用系统的电动力学模拟的基础上的绿色并矢方法，我们定量分析这些不同的贡献的电子-光耦合，并提出进一步的应用。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transparent photonic band in metallodielectric nanostructures
在一定条件下，可以将透明光子带设计成一维金属-电介质纳米薄膜结构。与光子晶体中的常规通带不同，其中结构的有限厚度影响具有通带内频率的电磁场的透射，透明带的性质几乎不受结构的有限厚度的影响。换句话说，在透明带内的频率处的入射场表现出100%的透射，而与结构的周期数无关。透明光子带对应于在具有镜像对称性的结构中的整个布洛赫带中的纯本征态模式的激发。讨论了产生这些模式的条件，从而导致一个完全透明的带现象。
2005-07-20 physics.optics
Optical force on toroidal nanostructures: toroidal dipole versus renormalized electric dipole
我们研究了作用在环形纳米结构上的光学力。一个很大的增强的光学力被明确地确定为源自环形偶极共振的基础上的源表示，其中的感应电荷和电流的分布的特征在于由三个家庭的电，磁，和环形多极。另一方面，共振光学力也可以完全归因于电偶极共振的替代场表示，其中在无源区域的电磁场表示为基于对称性的两组电和磁多极场。通过概念上引入不可约电偶极子、环形偶极子和重整化电偶极子，解决了这一困惑。我们证明，光学力是一个强大的工具，以确定环形响应，即使它的散射强度是由传统的电和磁多极相形见绌。
2015-06-04 physics.optics
Quantum entanglement of a harmonic oscillator in an electromagnetic field
目前，有很多方法可以实现粒子与电磁场的量子纠缠。大多数方法具有低概率的量子纠缠，并且不是基于薛定谔方程的近似解的精确理论装置。需要新的方法来获得量子纠缠粒子和数学上精确的研究这种方法。本文考虑了一个量子谐振子（例如，磁场中的电子）与一个量子化电磁场的相互作用。基于该系统薛定谔方程的精确解，我们证明了在一定的参数下，电子与电磁场之间可以存在大的量子纠缠。在精确的Schmidt模和冯诺伊曼熵的数学表达式的基础上分析了量子纠缠。
2017-09-14 math-ph math.MP physics.optics
Broken Time Reversal of Light Interaction with Planar Chiral Nanostructures
我们报告明确的实验证据，打破时间反演对称性的相互作用的光与人工非磁性材料。平面手性金-硅纳米结构的彩色偏振图像显示出有趣的和不寻常的对称性，这些结构是几何镜像，在偏振光中失去了镜像对称性。图像的对称性只能用适合于时间奇过程的反对称性（黑白对称性）来描述。这种效应是由结构的横向手征非局域电磁响应引起的，与光散射在任意子物质上的预期特征有着惊人的相似之处。
2003-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Heterodimer nanostructures induced energy focusing on metal film
作为近年来发现的一种有趣的表面等离子体现象，纳米二聚体在薄膜上的电磁场重分布为提高薄膜上的光功率提供了一种新的思路，可广泛应用于表面增强拉曼散射（SERS）、太阳能电池、光催化等领域。在这项工作中，尺寸差异诱导的电磁场重新分布的Ag纳米粒子二聚体在Au膜系统的第一次研究。有限元分析结果表明，纳米粒子的尺寸越小，其对金膜的聚焦能力越强，甚至达到了大纳米粒子的5倍以上。进一步的研究表明，这种能量聚焦能力与二聚体的波长和直径比有很强的关系。在薄膜上的粗丝-小颗粒系统中也发现了类似的聚焦现象。随后，在小纳米颗粒-大纳米线体系中采集的SERS光谱为这一理论预测提供了实验依据。我们的研究结果加深了对平面薄膜表面等离子体激元的理解，在表面等离子体激元相关领域具有潜在的应用前景。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Conductivity for Metal-Insulator-Metal Nanostructures
我们提出了一种基于量子力学的方法，用于分配量子电导率时，施加交流电场在两个等离子纳米粒子之间的可变间隙与绝缘体夹在它们之间。量子隧穿效应是由一组量子电导率系数描述的线性交流电导率响应于所施加的场的频率和非线性系数，调制场的振幅在基频及其谐波。的量子电导率，确定没有合适的参数，具有频率和间隙的依赖性，可以应用于确定强施加的电磁场的非线性量子效应，即使当系统是由不同的金属纳米结构。我们的方法比较以及文献中报道的量子隧穿效应的结果，它是简单的扩展到一些系统与不同的金属和不同的绝缘体之间。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum yield of an emitter proximate to nanostructures: a quantitative understanding
激子-表面等离子体激元耦合是最基本的光-物质相互作用的核心，并且不仅是发射体的固有性质的结果，而且是发射体-环境相互作用的结果。因此，电磁环境的变化，如在金属纳米等离子体结构和发射器的情况下，显著地改变近场光-物质相互作用，这导致金属纳米结构和发射器之间的激子形式的能量转移。然而，这一机制在很大程度上仍未得到探索。在此，我们发展并应用半经典电动力学理论和模拟技术来分析激子-表面等离子体激元耦合的能量传递机制。研究了发射体的量子效率作为发射体相对于纳米颗粒及其组装体的位置的函数，纳米颗粒及其组装体的局部等离子体激元场通过形成复杂的耦合模式以及局部介电环境而被修改。这项研究为纳米光子学的基础科学提供了理论上的见解，并揭示了在超低功率激光器，量子信息处理，光子学，量子化学和化学传感等广泛领域前所未有的应用。
2022-03-10 physics.optics
Near-field-driven Radiative Thermal Dynamics in Aperiodic Nanostructures
Universidade Federal Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；Instituto de Química Física Blas Cabrera (IQF), CSIC（布拉斯·卡布拉拉物理化学研究所（IQF），西班牙国家研究委员会）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出利用非周期性几何结构调控近场辐射热传递动力学，展示非周期性配置在控制热传递方面的优越性。
2025-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Majorana's stellar representation for the local polarization of harmonic electromagnetic and gravitational waves
本文从操作的角度讨论了电磁波和引力波的局部极化，所有相关的数学框架都是根据局部探测器吸收的功率的测量来建立的。强调了观测结果对探测器性质的内在依赖性。特别地，使用对EMW的电场和磁场同样敏感的双对称检测器（分别为重力-电和重力-磁张量）。介绍了偏振的马约拉纳恒星表示，并强调了其物理解释。最后给出了波的能量密度、线动量密度、螺旋度和自旋密度在Majorana表象下的表达式。
2019-03-20 gr-qc physics.class-ph physics.optics
Wavelength and Polarization Dependence of Second Harmonic Responses from Gold Nanocrescent Arrays
在非线性等离子体领域的发展中，理解金属纳米结构的局域表面等离子体共振（LSPR）性质与其非线性光学响应之间的基本关系是非常重要的。详细了解具有良好表征的LSPR的纳米结构的非线性响应是未来设计具有先进功能的复杂等离子体系统以控制光的必要先决条件。在这篇文章中，我们研究了二阶谐波（SH）响应的金纳米晶体（Au NC）天线，具有波长和偏振敏感的LSPR在可见光和近红外波长范围内。SH强度的波长依赖性表现出与吸收光谱中的偶极LSPR带不同的光谱轮廓。入射偏振角的依赖性被发现显着变化时，激发波长被调谐在偶极带。采用非线性流体动力学模型结合时域有限差分法计算了Au NC阵列的入射基频光和发射SH光的局部场增强效应。实验和理论结果表明，高阶LSPR，如四极和多极共振，发生在SH波长的影响是重要的，在管理SH生成过程。此外，它示出SH信号的入射偏振角依赖性是非常强烈的纳米级的NC形状的变化敏感。
2020-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Understanding the Coupling Mechanism of Gold Nanostructures by Finite-Difference Time-Domain Method
金纳米颗粒组装体由于单个纳米颗粒的等离子体激元模式的组合效应而显示出强的等离子体激元响应。增加结构化组装体中纳米颗粒的数量导致光学和物理性质的显著变化。我们使用时域有限差分法（FDTD）模拟分析了结构有序的金纳米棒在单体和二聚体配置的电磁响应。单体或二聚体配置中的纳米棒之间的等离子体激元耦合提供了用于调谐纳米结构内和周围的局部电场的光谱强度、空间分布和偏振的独特技术。我们的研究表明，当两个金纳米棒以端对端和并排的二聚体构型组装时，具有指数耦合行为。在端对端二聚体配置中的相邻纳米棒之间的间隙中的最大电场描述了比单个金纳米棒更显著的增强因子。我们的FDTD模拟二聚体在端到端组装小间距高达~ 40 nm可以很好地解释所观察到的实验生长动力学的金纳米棒。
2021-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scalable, green fabrication of single-crystal noble metal films and nanostructures for low-loss nanotechnology applications
高质量的金属薄膜和纳米结构是下一代纳米技术的关键组成部分。它们包括纳米器件中的低损耗电路元件，为水裂解和$CO_2$还原技术提供新的催化途径，并使空间扩展的电磁波的限制能够被利用于信息处理、能量收集、工程超材料和将在量子等离子体极限中操作的新技术中的应用。然而，由于使用常规物理气相沉积方法进行多晶金属生长的趋势，以及与将溶液生长的纳米晶体以期望的取向和位置放置在表面上以制造功能器件相关联的挑战，高清晰度单晶亚波长金属纳米结构的受控制造仍然是一个显著的障碍。在这里，我们介绍了一种新的可扩展的，绿色的，湿化学方法的单晶贵金属，使超光滑，外延，可控厚度的单晶薄膜的制造。它们是通过离子束铣削进行纳米结构减材制造的理想选择，也是通过光刻图案化进行晶体纳米结构加成的理想选择，从而实现大面积单晶超材料和高纵横比纳米线。与多晶结构相比，我们的单晶纳米结构表现出更高的特征质量和图案转移产率，降低了光学和电阻损耗，定制了局部场，并大大提高了稳定性，支持更大的局部场增强，并实现了纳米级的新的实际进展。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Hot Electron Transport Driven Site-Specific Surface-Chemistry with Nanoscale Spatial Resolution
金属纳米结构附近电磁场的纳米尺度局域化是等离子体激元学的基础和应用。等离子体衰变不可避免的能量损失，最初被视为一种损害，现在已经扩大了等离子体应用的范围，以利用产生的热载流子。然而，这些热载流子的空间定位的定量理解，类似于电磁近场地图，一直难以捉摸。在这里，我们在空间上映射热电子驱动的还原化学与15纳米的分辨率作为时间和电磁场极化的函数，为不同的等离子体纳米结构。我们结合实验，采用六电子光回收过程，修改等离子体银纳米天线上的自组装单层的端基，从第一性原理计算的非平衡热载流子输运在这些系统中的理论预测。由此产生的本地化的反应区域，确定从高场区域的热载流子传输，铺平了道路，热载流子提取科学和纳米区域选择性表面化学。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Second-order quantum nonlinear optical processes in single graphene nanostructures and arrays
在单光子水平上实现非线性光学相互作用是近几年来的一项重要工作。大部分工作集中在实现强三阶非线性，例如通过使用单原子或其他量子发射体，而实现强二阶非线性的可能性仍未探索。在这里，我们描述了一种新的技术来实现这样的非线性使用石墨烯，利用强per-photon场与紧密限制的石墨烯等离子体结合空间非局域非线性光学相互作用。我们表明，在适当设计的石墨烯纳米结构，这些条件使一个单一的量子化的等离子体激元和纠缠的等离子体激元对之间的非常强大的内部下转换，或二次谐波产生的逆过程。一个单独的问题是如何观察到如此强的内部非线性，给定这些等离子体共振和自由空间辐射场之间名义上的弱耦合。一方面，通过使用集体耦合到辐射的纳米结构阵列，我们表明，内部的非线性可以表现为有效的频率转换的辐射场在极低的输入功率。另一方面，有效耦合到单个纳米结构的技术的发展将允许这些非线性过程在单个输入光子的水平上发生。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
