Multi-fold Enhancement of Quantum Dot Luminescence in a Plasmonic Metamaterial
我们报道了将半导体量子点与等离子体超材料杂交导致其光致发光光谱的强度增加和变窄。发光增强是腔量子电动力学Purcell效应的明确表现，可以通过超材料的设计来控制。这一观察是理解增益介质的超材料中的损耗补偿和开发超材料增强增益介质的重要一步。
2010-08-27 physics.optics
Analytic theory of optical nano-plasmonic metamaterials
纳米制造技术的最新进展允许制造光学超材料，将其独特和非凡的特性带到可见光区及更远的地方。然而，由于金属的特征光学行为，光学纳米等离子体超材料的分析描述是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个分析理论，允许建立微波超材料模型的光波长。这种方法是实现纳米尺度的等离子体金属丝网和三螺旋超材料，我们得到一个准确的预测其色散行为在光学和近红外波长。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
PT-Symmetric Plasmonic Metamaterials
从理论上研究了由强耦合平面等离子体波导构成的宇称时间（PT）对称三维异向介质的光学性质。通过调整的损失-增益平衡，我们展示了如何最初的各向同性材料变得既不对称和单向。PT对称超材料的高度可调谐的光色散为设计全新类别的三维块状合成介质提供了基础，其应用范围从亚衍射极限光学透镜到非互易纳米光子器件。
2013-06-01 physics.optics
Plasmonic waveguides cladded by hyperbolic metamaterials
具有双曲色散的强各向异性介质可以用于等离子体激元波导的包层。为了分析这种波导的基本特性，我们解析地研究了双曲超材料（HMM）在HMM-Insulator-HMM（HIH）结构中的一维波导。我们表明，双曲型超材料包层在设计HIH波导的性能方面提供了灵活性。我们对一维等离子体波导的比较研究表明，HIH型波导可以具有比MIM或IMI波导更高的性能。
2014-11-14 physics.optics
Plasmonic metamaterial enhanced axionic magnetoelectric effect
轴电动力学预言了许多奇特的基于磁电的性质。近年来，人们利用一维多层膜等简单结构来研究这些轴向磁电响应，并经常利用Fabry-Pérot干涉机制来增强这些效应。在这封信中，我们提出了一种新的机制，超材料增强的轴向磁电响应，利用强烈增强的局部电磁场与等离子体共振。通过数值模拟，我们发现等离子体超材料可以将轴子磁电效应提高两个数量级。
2013-05-29 physics.class-ph physics.optics
Magnetic plasmonic Metamaterials in actively pumped Host Medium and Plasmonic Nanolaser
我们认为等离子体纳米天线沉浸在活跃的主机介质。特定形状的金属纳米天线由于磁等离子体共振（MPR）的激发而在光谱范围内表现出强磁性。一种情况下，当超材料包括这样的纳米天线可以证明“左手”和负磁导率在光学范围内被认为是。我们表明，高损耗预测的光学“左手”材料可以补偿增益介质。在这种磁活性超材料中实现本地生成所需的增益计算真实的金属。我们提出了等离子体纳米激光器，其中金属纳米天线像谐振器一样工作。所提出的等离子体激元激光器的尺寸比波长小得多。因此，它可以作为一个非常紧凑的电磁辐射源。
2006-11-14 physics.atom-ph physics.optics
Distillation of photon entanglement using a plasmonic metamaterial
等离子体激元学是一种新兴的量子态工程平台，具有构建超紧凑和混合光电子器件的潜力。最近的实验表明，尽管存在退相干和损耗，光子统计和纠缠可以在单等离子体系统中保持。这种保持能力应该延续到等离子体超材料，其特性是许多单独的等离子体系统共同作用的结果，并且可以用于设计光的光学状态。在这里，我们报告了使用超材料的量子态过滤（也称为纠缠蒸馏）的实验演示。我们表明，超材料可以用于从纠缠度较低的状态中提取高度纠缠的状态。由于超材料可以与其他光学元件集成，这项工作开辟了将等离子体超材料纳入片上量子态工程任务的可能性。
2015-07-28 physics.optics quant-ph
Nonlinear terahertz devices utilizing semiconducting plasmonic metamaterials
响应性超材料的发展使得能够实现能够操纵光的振幅、偏振、波矢量和频率的紧凑可调谐光子器件。将半导体集成到金属谐振器的有源区中是通过半导体载流子密度的光电控制来创建非线性超材料的经验证的方法。无金属亚波长谐振半导体结构提供了一种替代方法来创建动态超材料。我们目前的InAs等离子体磁盘阵列作为一个可行的共振超材料在太赫兹频率。重要的是，InAs等离子体激元盘表现出由电场诱导的谷间散射引起的强非线性响应，导致载流子迁移率降低，从而抑制等离子体激元响应。我们展示了非线性完美的吸收器配置为光学限制器或饱和吸收器，包括灵活的非线性吸收器通过将磁盘转移到聚酰亚胺薄膜。非线性等离子体超材料显示出在超快THz光学和敏感电磁器件的被动保护方面的潜力。
2015-08-13 physics.optics
Design of double-negative metamaterials using single-layer plasmonic structures
提出了一种光频双负超材料（DMN）的设计方案，其中的单胞由单层等离子体包体构成。通过在夹杂物上引入一些适当布置的阶梯调制，材料的有效介电常数和磁导率可以由于高阶多极等离子体（静电）共振的激发而同时变为负。该方法为以极大的工程简单性构建低损耗光学DNM提供了可能性。
2008-09-15 physics.optics
Wide-angle infrared absorber based on negative index plasmonic metamaterial
描述了一种基于超材料的红外辐射广角吸收器的制造方法。该技术基于各向异性的完美阻抗匹配负折射率材料（PIMNIM）。分析表明，在所有三个维度PIMNIM的子波长使吸收接近100%的入射角高达$45°$的法线。提出了基于等离子体超材料的这种频率可调谐PIMNIM的具体实现。介绍了在红外成像和相干热源中的应用。
2009-01-13 physics.optics
Second-harmonic generation from hyperbolic plasmonic nanorod metamaterial slab
双曲等离子体超材料为设计不寻常的线性和非线性光学特性提供了许多机会。我们发现，模式重叠的基本和二次谐波光在各向异性等离子体超材料板的辐射的二次谐波强度的宽带增强的结果由高达2个数量级的TM和TE偏振的基本光，相比TM偏振照明下的光滑的金膜。这些结果为设计可调谐倍频超材料提供了可能性，其目标是克服与厚非线性晶体中的经典相位匹配条件相关的限制。
2016-01-07 physics.optics
Plasmonic nanoparticle monomers and dimers: From nano-antennas to chiral metamaterials
我们回顾了光与等离子体纳米粒子相互作用背后的基本物理。系统地研究了光在单金属粒子（等离子体单体）和两相互作用粒子（等离子体二聚体）上散射的理论基础。有效粒子的磁化率（极化率）的表达式推导，这些结果的应用等离子体纳米天线概述。在长波长极限下，计算了等离子体二聚体阵列的有效宏观参数。这些参数可归因于对应于纳米颗粒的稀排列的有效介质，即，其中等离子体单体或二聚体具有“元原子”功能的超材料。结果表明，由棒状粒子组成的平面二聚体一般具有椭圆二向色性，可作为平面手性超材料的原子。所提出的棒状二聚体几何结构的制造简单性可用于在光学领域中设计更具成本效益的手性超材料。
2011-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic and Metamaterial Structures as Electromagnetic Absorbers
电磁吸振器在许多领域受到越来越多的关注。一系列的等离子体和超材料结构可以作为有效的窄带吸收器，由于激发等离子体或光子共振，提供了一个巨大的潜力，在设计选择性的热发射器，生物传感等应用在其他应用，如太阳能收获和光子检测，光吸收器的带宽要求是相当宽的。在这样的背景下，人们提出了多种宽带/多带吸收机制，如多共振混合、激发相位共振、利用各向异性材料减慢光的传播速度、采用高损耗材料等。
2014-04-23 physics.optics
Nonlinear coupled-mode theory for periodic plasmonic waveguides and metamaterials with loss and gain
我们推导了描述介质中电磁模式非线性相互作用的一般耦合模方程。我们的方法是严格的洛伦兹互易定理的基础上，它可以应用到广泛的金属介质光子结构，包括等离子体波导和超材料。我们验证了我们的一般结果与以前的分析的特定情况下，和预测的多层非线性渔网超材料的自和交叉相位调制的新效果。
2014-01-30 physics.optics
Replacing Noble Metals with Alternative Materials in Plasmonics and Metamaterials: how good an idea?
目前在等离子体激元和超材料领域占主导地位的贵金属遭受大的欧姆损失。新的等离子体材料，如掺杂的氧化物和氮化物，具有更小的材料损耗，并且使用它们代替金属具有降低损耗的等离子体和超材料结构的希望，具有更尖锐的共振和更高的场集中。这一承诺是把一个严格的分析测试，在这项工作中，它揭示了具有低的材料损耗是不够的，有一个减少的模式损耗等离子体结构。为了减少模态损耗，绝对需要等离子体频率显著高于工作频率。使用纳米粒子等离子体和间隙等离子体的例子，人们得出的结论是，即使在中红外光谱中，金属仍然比替代介质具有优势。新材料仍然可以找到高吸收损失是有益的应用利基，例如在医学和热光化学中。
2016-08-28 physics.optics
Resonant enhancement of Raman scattering in metamaterials with hybrid electromagnetic and plasmonic resonances
研究了一种由（Al/ZnS/Al）薄膜组成的三层超材料的完美光吸收体，该超材料的顶部铝层被图案化为圆盘纳米天线阵列，用于共振增强沉积在超材料上的C-60富勒烯分子的拉曼散射。超材料被设计为具有由于在拉曼泵浦频率（725 nm）处的等离子体和电磁共振而产生的共振带以及斯托克斯发射带。从C60的拉曼散射的超材料与共振匹配的频带被测量到增强一个数量级以上的非共振吸收带峰值在1090 nm的超材料从C60。由于与传播的表面等离子体激元带的共振，拉曼泵浦被显著增强，而高阻抗匹配的电磁共振被期望有效地耦合出拉曼发射。通过数值模拟研究了等离子体共振和电磁共振形成复合共振的性质和杂交。
2016-03-08 physics.optics
Double Fano resonances in a composite metamaterial possessing tripod plasmonic resonances
通过在双开口环谐振器超晶格中嵌入四杆谐振器，制备了具有三脚架等离子体共振的平面复合超材料。双Fano共振观察到一个共同的subradiant驱动振荡器与两个superradiant振荡器耦合。作为四能级三脚架原子系统的经典模拟物，该复合材料的透射光谱表现出双Fano相干效应。两个超辐射振荡器之间的吸收功率的转移是通过操纵通过垂直入射的电磁波的偏振角共轭的两个耦合强度来控制的。
2014-10-27 physics.optics
Fractal plasmonic metamaterials for subwavelength imaging
我们发现，一个金属板与分形形状的狭缝可以均匀化的等离子体超材料与等离子体频率决定的分形几何。由于分形图案的全维亚波长性质，我们的系统支持横电和横磁表面等离子体。因此，这种结构可以用于聚焦具有全维亚波长分辨率和增强的场强的光源。微波实验表明，最佳可实现的分辨率只有，模拟表明，类似的效果可以实现在红外频率与适当的设计。
2009-08-26 physics.optics
Enhanced sensing performance by the plasmonic analogue of electromagnetically induced transparency in active metamaterials
为了提高类电磁感应透明（EIT）等离子体结构的传感性能，研究了金属超材料中电磁感应透明（EIT）的增益辅助等离子体模拟。该结构由三根杆件组成，其中两根杆件相互平行（暗四极元件）但垂直于第三条结果表明，除了对周围介质的折射率波动的高灵敏度之外，这种有源EIT类超材料的优值可以大大提高，这归因于放大的窄透明度峰。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A comparison of graphene, superconductors and metals as conductors for metamaterials and plasmonics
超材料和等离子体的最新进展已经承诺了许多令人兴奋的应用，特别是在太赫兹和光学频率。不幸的是，这些光子结构中使用的贵金属在高频下不是特别好的导体，导致显著的耗散损耗。在这里，我们解决的问题是什么是一个良好的导体的超材料和等离子体。对于谐振超材料，我们开发了一个数字的优点导体，允许一个简单的分类导电材料根据所产生的耗散损耗的超材料。我们的方法的应用预测，石墨烯和高Tc超导体是不可行的替代金属的超材料。我们还提供了一些过渡金属，碱金属和透明导电氧化物的概述。对于等离子体系统，我们预测，石墨烯和高Tc超导体不能优于金作为表面等离子体极化激元的平台，因为石墨烯具有较小的传播长度与波长比。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Space-Time Metamaterials
尽管经过十多年的积极研究，材料损耗的基本问题仍然是实现最近出现的超材料和等离子体领域带来革命性实际应用的承诺的主要障碍。在目前的工作中，我们证明了强材料吸收的问题，这是固有的等离子体系统和超材料的等离子体成分的基础上，可以通过利用时间维度来解决。通过将脉冲轮廓与有损超材料的实际响应相匹配，这种方法允许抵消材料吸收的影响。相应解的存在依赖于因果关系的基本性质，即通过Kramers-Kronig关系将介质中的吸收与材料引入的频率相关时间延迟的变化联系起来。我们表明，所提出的时空方法可以应用于广泛的超材料和等离子体系统，从双曲介质到金属光学和新的等离子体材料。
2018-01-16 physics.optics
Slow-light plasmonic metamaterial based on dressed-state analog of electromagnetically-induced transparency
我们考虑了一种简单的结构来实现一维慢光超材料与大的带宽延迟产品使用形法布里-珀罗谐振器作为积木。由于电磁感应透明的缀饰态图像的经典模拟，每个元原子产生大的群指数。通过连接多达8个亚原子，我们发现带宽延迟产品超过单位和群指数接近100。我们的方法是相当普遍的，可以适用于任何类型的法布里-珀罗谐振器和调谐到不同的工作波长。
2015-05-26 physics.optics
Plasmonic Metamaterial Perovskite Solar Cells: Fundamental Tradeoffs, Limitations, and Opportunities
在钙钛矿活性层内分散等离子体纳米颗粒（NP）是否可以提高太阳能电池的效率是一个长期存在的问题。众所周知，由于偶极局域表面等离子体共振（LSPR，也称为天线效应），在有源层中包含金属NP可以提高它们周围的周围近场强度，这可以增加太阳能电池的光吸收。然而，在钙钛矿太阳能电池中使用等离子体纳米颗粒几乎没有报道，并且不知道与纯钙钛矿对应物相比，将等离子体纳米颗粒插入钙钛矿活性层是否产生任何性能优势。我们探讨了等离子体超材料钙钛矿太阳能电池的基本和实际限制，通过应用有效介质理论和细致平衡分析。我们的研究结果表明，通过分散的等离子体纳米颗粒增加钙钛矿的有效折射率原则上可以提高太阳能电池的性能。
2018-12-17 physics.app-ph physics.optics
Magneto-optical response in bimetallic metamaterials
我们证明了共振法拉第极化旋转等离子体阵列的纳米环谐振器组成的Au和Ni部分。这种超材料设计允许优化磁光效应的增强和等离子体激元耗散之间的权衡。尽管Ni部分对应于超材料的总表面的约6%，但所产生的磁光诱导的偏振旋转等于连续膜的偏振旋转。这种超材料可用于紧凑型磁传感器、有源等离子体元件和集成光子电路。
2016-03-28 physics.optics
Analogue of double-$Λ$-type atomic medium and vector dromions in a plasmonic metamaterial
考虑了由两条切割线和一个开口环谐振腔组成的亚原子阵列与具有两个偏振分量的电磁场的相互作用。我们证明了这种超材料系统可以看作是一个具有双$Λ$型四能级结构的原子介质与四个激光场耦合的经典模拟，表现出等离子体激元诱导透明（PIT）效应，并表现出类似的原子四波混频（FWM）行为.我们证明了当非线性变容管安装到开口环谐振器的间隙上时，系统可以通过PIT和长短波相互作用获得巨大的二阶和三阶克尔非线性。我们还表明，该系统支持高维矢量等离子体激元dromion [即（2+1）维等离子体激元孤子与两个偏振分量，其中每个都有一个长波和短波之间的耦合]，这具有非常低的发电功率和传播过程中是强大的。我们的工作不仅给出了相干原子系统中四波混频的等离子体模拟，而且为在等离子体超材料中获得新型非线性极化激元提供了可能。
2017-04-19 physics.optics
Atomic Response in the Near-field of Nanostructured Plasmonic Metamaterial
我们报告的反射光谱铯原子在附近的纳米结构的金属元表面。我们发现，在852 nm处的$6S_{1/2} - 6P_{3/2}$共振跃迁的超精细亚多普勒光谱的强烈影响的纳米结构的等离子体共振耦合。在等离子体超材料的近场中，原子线的色散和位置的微调可以对基于原子的计量、传感和片上原子器件的开发具有用途和意义。
2016-03-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Giant Photogalvanic Effect in Metamaterials Containing Non-Centrosymmetric Plasmonic Nanoparticles
从理论上研究了均匀半导体基体中含有非中心对称、相似取向金属纳米颗粒的超材料的光电特性。由于纳米颗粒边界的不对称形状，光电子发射获得优选方向，当纳米颗粒被均匀平面波均匀照射时，导致在该方向上的光电流。这种效应是已知存在于具有非中心对称晶体结构的介质（例如掺杂的钛酸锂或铁酸铋）中的光电流（或体光伏）效应的直接类比，但是强几个数量级。被称为巨等离子体光电流效应，报道的现象是有价值的表征等离子体纳米结构的光电发射和光电导特性，并可以找到许多用途的光电探测和光伏应用。
2014-04-11 physics.optics
Nonlocal Optics of Plasmonic Nanowire Metamaterials
我们提出了一个分析描述的非局部光学响应的等离子体纳米线超材料，使负折射，亚波长光操纵，和发射寿命工程。我们表明，在纳米线介质中传播的光波的色散的结果从横向和纵向电磁模式的耦合支持的复合材料，并推导出这种色散的非局部有效介质近似。我们推导出的轮廓的电场的单位细胞，并使用这些表达式来解决长期存在的问题的附加边界条件的计算波的透射和反射的非局部纳米线介质。我们验证我们的分析结果与数值解麦克斯韦方程组和讨论推广的发展形式主义其他单轴超材料。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dynamic Multiple Nanoparticle Trapping using Metamaterial Plasmonic Tweezers
光学操纵由于其通用性和非侵入性而引起了人们极大的兴趣。然而，传统的光学陷阱仍然效率低下的纳米世界。近年来，等离子体激元的出现在克服衍射限制和对高捕获激光功率的要求方面带来了革命性的变化。在基于近场光阱腔的系统中，Fano共振光镊具有强大的捕获能力。在这项工作中，我们实验证明顺序捕获20纳米粒子通过使用超材料等离子体光镊。我们调查的多重捕获通过陷阱刚度测量在低和高入射激光强度的各种捕获位置。我们的配置可以被用来作为一个光驱动的纳米级分选装置在低激光激发。我们的研究结果提供了一种在不同热点捕获多个纳米颗粒的替代方法，从而实现了在纳米尺度上控制质量传输的新方法。
2020-10-12 physics.optics
Analytical model for nonlinear response of carbon nanotubes enhanced by a plasmonic metamaterial
我们提出了一个复杂的动力学分析模型描述的混合非线性系统的相互作用的碳纳米管（CNT）和等离子体超材料。我们的模型是基于一组耦合方程，它结合了完善的密度矩阵形式主义适用于量子系统（CNT被描述为一个两级系统）和谐波振荡器的方法理想的亚波长等离子体和光学谐振器建模。我们发现，碳纳米管的饱和非线性增加数倍的共振增强的近场的超材料。在我们的模型框架中，我们讨论了碳纳米管层的不均匀性（带隙值分布）对非线性增强的影响。它示出，Purcell效应是不可区分的场增强，并描述了相同的唯象常数。
2011-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic metamaterial cloaking at optical frequencies
在本文中，我们提出了在可见光频率工作的圆柱形和球形电磁斗篷的设计。斗篷的设计是基于使用由交替的等离子体和非等离子体材料组成的分层结构，并在光学频率下表现出有效的ε近零材料的集体行为。首先设计了一种圆柱形隐身衣，用于隐藏圆柱形目标。提出了两种可供选择的布局，并考虑了磁性和非磁性物体。最后，介绍了球形隐身衣的设计。整个文件中提出的全波模拟证实了所提出的设置的有效性，并显示如何使用这种技术来减少圆柱形和球形物体的可观测性。损失的影响也被考虑在内。
2008-07-30 physics.optics
Modulating light with light via giant nano-opto-mechanical nonlinearity of plasmonic metamaterial
从1926年Vavilow和Levshin对可饱和吸收的演示开始，随着激光器的发明，强非线性材料的不可用性成为发展光学信号处理的关键障碍，特别是在透明电信网络中。今天，最先进的光子开关材料利用半导体中的增益动力学和近带和激子效应，有机介质中的非线性与弱局域电子和非线性通过与超材料杂交而增强。在这里，我们报告一种新型的人工非线性，是纳米光机械的性质。它是在由柔性纳米膜支撑的等离子体元分子的人造超材料阵列中观察到的。在这里，非线性是由光引起的结构的可逆重构所支撑的。在一个只有100纳米厚的薄膜中，我们用毫瓦功率的电信二极管激光器演示了光与光的调制。
2015-06-18 physics.optics
Semiconductors for Plasmonics and Metamaterials
等离子体通常属于金属光学领域。然而，作为近红外（NIR）和可见光谱范围内的等离子体激元元素的常规金属遭受诸如大损耗和与半导体技术不兼容的问题。用半导体代替金属可以缓解这些问题，只要半导体可以表现出负的实介电常数。掺铝氧化锌（AZO）是一种在近红外波段具有负实介电常数的低损耗半导体材料。基于AZO的等离子体激元器件（诸如超透镜和超透镜）与它们的基于金属的对应物的比较评估显示，基于AZO的器件在1.55 μ m的波长处显著优于。这提供了在电信波长处转向半导体等离子体激元的强烈刺激。
2011-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic angular momentum on metal-dielectric nano-wedges in a sectorial indefinite metamaterial
本文对扇形无限异向介质芯区周期性金属-介质纳米楔结构调制的等离子体角动量进行了解析研究。采用的传输矩阵计算和保角映射技术，我们的理论是能够处理现实的配置任意扇区数和圆角楔形提示。我们证明了在深亚波长区，强电场携带高方位角变化可以存在于靠近结构中心的仅10纳米长度尺度内，并且自然地以距离中心100纳米量级的特征半径为界。这些极端的限制性能表明，在纳米级光子操纵方面，所研究的结构可能优于传统的金属-电介质波导或腔。
2013-09-18 physics.optics
All-optical active plasmonic devices with memory and power switching functionalities based on epsilon-near-zero nonlinear metamaterials
全光有源等离子体激元器件对于设计高效的纳米光子电路具有重要意义。我们从理论上提出并数值研究了一种有源等离子体激元器件，该器件由厚度小于100纳米的非线性ε近零超材料板组成，该板位于线性ε近零超材料衬底上。我们预测，在自由空间耦合配置，该设备，在低强度下工作，将显示等离子体介导的滞后行为，因为反射和入射光波之间的相位差原来是多值的，并依赖于激发过程的历史。这种滞后行为将允许将所提出的装置视为紧凑的存储器单元，其状态可通过测量由非线性等离子体波携带的所提及的相位差或功率来访问，所述功率也是多值的。由于多个等离子体激元功率包括正值和负值两者，因此该装置还将在沿着磁滞回线的每个跳跃处作为等离子体激元功率方向的开关操作。
2011-01-13 physics.optics
Broadband enhanced chirality with tunable response in hybrid plasmonic helical metamaterials
设计宽带增强的手性对于新兴的手性化学和传感领域，或者在最近引入的纳米光子手性量子和经典光学应用中控制光子的自旋轨道动量具有强烈的兴趣。然而，手征光-物质相互作用具有极其微弱的性质，难以控制和增强，并且不能调谐或宽带化。此外，在技术上重要的可见光到紫外光谱处实现强、宽带和可调谐手性的平面双纳米光子结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们解决这些重要的问题，通过实验证明和理论验证光谱可调，极大的，和宽带手旋光响应的纳米螺旋超材料。报道的全介电和介电-金属（混合）等离子体超材料的新设计允许通过大规模纳米光子结构实现有史以来最大和最宽的测量手性库恩不对称因子。此外，所提出的自下而上制造的光学超材料的强圆二色性可以通过改变它们的尺寸和它们的电介质和等离子体螺旋子部分之间的比例来调谐。目前展示的超材料有望为手光学领域的发展提供实质性的推动，从而在纳米尺度上显著增强和宽带手征光-物质相互作用。
2021-01-28 physics.optics
Observation of optical gyromagnetic properties in a magneto-plasmonic metamaterial
具有人工光学特性的异向材料引起了人们极大的研究兴趣。特别地，已经报道了在超材料中在光学频率处的非单位磁导率张量中的人工磁共振。然而，只有非统一的渗透率张量的对角元素已被证明到目前为止。在光学频率下没有观察到非零非对角元的旋磁磁导率张量。在这里，我们报告的磁等离子体超材料在近红外波长范围内的旋磁特性的观察。非零的非对角磁导率张量元素导致横向磁光克尔效应（TMOKE）下的s偏振入射，否则消失，如果磁导率张量不是旋磁。通过从反射、透射和TMOKE谱中提取磁导率张量元，我们发现在共振波长（~900 nm）处，开口环共振器的有效非对角磁导率张量元达到10-3水平，比磁光材料在相同波长处的有效非对角磁导率张量元高出至少两个数量级.人工旋磁导磁率是由于开口环谐振器调制的局部电场方向的变化。我们的研究表明，工程的磁导率和介电常数张量在任意频率的超材料的可能性，从而有希望的各种应用的下一代非互易光子器件，磁等离子传感器和有源超材料。
2021-10-12 physics.optics
Titanium nitride as a plasmonic material for visible wavelengths
寻找比银和金等传统材料具有更好光学性能的替代等离子体材料，最终可能会导致等离子体器件和超材料的期待已久的现实应用。在这项工作中，我们表明氮化钛可以在可见光波长范围内作为替代等离子体材料。我们评估了各种等离子体和超材料结构的性能，氮化钛作为等离子体成分，并表明，变换光学器件和一类重要的超材料与双曲色散的基础上TiN可以显着优于类似的设备基于传统的金属在可见光波长范围内。
2010-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spatial nonlinearity in anisotropic metamaterial plasmonic slot waveguides
研究了由具有正克尔型非线性的各向异性材料芯和两个半无限金属区域构成的等离子体缝隙波导的主要非线性解。首先，我们表明，对于一个高度各向异性的对角椭圆形核心，非对称模式的分叉阈值从GW/m的各向同性的情况下的阈值降低到50 MW/m的一个表示强烈增强的空间非线性效应，和非对称模式的色散曲线的斜率保持正值，至少在分叉附近，这表明一个稳定的模式。其次，我们表明，对于双曲的情况下，没有物理意义的非对称模式，有效的非线性的符号可以成为负的。
2016-09-06 nlin.PS physics.optics
Gain assisted harmonic generation in near-zero permittivity metamaterials made of plasmonic nanoshells
我们研究了由球形等离子体纳米壳层组成的增益辅助的近零介电常数超材料中的增强谐波产生过程。我们报告的存在下，窄带功能的传输，反射和吸收诱导的活性材料的存在下的核心内的纳米壳。用于实现近零有效介电常数条件的阻尼补偿机制也引起场局部化和强度的显著增加，从而增强线性吸收。当只考虑金属非线性时，通过探测在近零介电常数条件附近的结构获得的二次和三次谐波产生效率接近值高达低至的辐照度值。这些结果清楚地表明，一个相对简单的路径，现在存在的发展奇异的和极端的非线性光学现象，在千瓦/厘米2的范围
2012-10-05 physics.optics
Exploiting metamaterials, plasmonics and nanoantennas concepts in silicon photonics
光与亚波长金属纳米结构的相互作用是当前不同科学热点的核心，即等离子体，超材料和纳米天线。在过去的十年中，这些学科的研究已经产生了新的，强大的概念，提供了前所未有的程度的控制光操纵在纳米级。然而，直到最近，这些概念才被用于增加当前光子集成电路（PIC）中的光处理能力，传统上，光子集成电路仅依赖于元件尺寸大于光波长的电介质材料。在不同的PIC平台中，硅光子学有望成为主流，因为使用成熟的CMOS工艺制造能够大规模生产低成本PIC。在这篇综述中，我们讨论了引入超材料，等离子体和纳米天线领域的最新概念到硅光子集成平台的好处。我们回顾了这一方向的现有工作，并讨论了这种混合方法如何能够改善目前的PIC，使新的和破坏性的光子学应用。
2020-01-07 physics.app-ph physics.optics
Large-area, wide-angle, spectrally selective plasmonic absorber
一个简单的超材料为基础的广角等离子体吸收体的介绍，制造，并使用角度分辨红外光谱实验表征。超材料是通过纳米压印光刻法制备的，这是一种用于制造大面积样品的有吸引力的低成本技术。超材料阻抗与真空阻抗的匹配是观测到的红外线光谱选择性“完美”吸收的原因。在单共振近似下理论计算了阻抗，并将负责任的共振确定为短程表面等离子体。实验表明，吸收峰的光谱位置（高达95%）由超材料的尺寸控制。从理论上解释了“完美”吸收的持久性与可变的超材料参数。吸收体的广角性质可用于表现出光谱选择性吸收/发射率的亚衍射尺度红外像素。
2011-04-15 physics.optics
Plasmonic metamaterial based virus detection system: a review
我们的大气层在不断变化，新的病原体不时爆发，现有的病原体也在不断变异。其中一些病原体，如SARS-CoV-2，变得如此致命，以至于它们使医疗保健的整个技术进步受到挑战。在这十年中，人类目睹了其他几种致命病毒的爆发，如寨卡病毒，埃博拉病毒，MERS冠状病毒等，虽然传统技术在一定程度上成功地检测到这些病毒，但这些技术耗时，昂贵，需要训练有素的人力资源。基于等离子体超材料的生物传感器可能为低成本快速病毒检测铺平道路。本文就基于等离子体和超材料的生物传感器在病毒、病毒颗粒和抗原检测方面的最新研究进展以及未来的研究方向进行了综述。对量子特性在生物传感中的出现、机器学习、人工智能和新材料在生物传感中的应用也作了简要的讨论。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics q-bio.QM
Circular Dichroism Enhancement in Plasmonic Nanorod Metamaterials
旋光性是源于晶体和分子的手性性质的基本现象。虽然普通手性材料对圆偏振光的固有手性响应相对较弱，但它们可以通过专门定制的纳米结构来增强。在这里，纳米棒超材料，包括一个密集的阵列的垂直排列的金纳米棒，显示提供显着增强的圆二色性响应的嵌入式材料。纳米棒复合材料，作为一个人工单轴晶体，充满了手性硫化汞纳米晶体嵌入在透明聚合物。基于纳米棒的超材料是固有的非手性的，使得光学活性增强或抑制成为可能。固有的非手性结构的独特性质，以定制光学活性铺平了道路，灵活的表征分子和纳米晶体基化合物的光学活性。
2018-01-11 physics.optics
All Dielectric Metamaterial Loaded Tunable Plasmonic Waveguide
在这篇文章中，2D等离子体激元波导加载全介质各向异性超材料，由交替层的Si-SiO2，已提出和数值分析。计算了不同脊宽和脊高的通信波长下波导的主要特性，即传播常数、传播长度和归一化模面积。相应的一维结构的波导已被解析求解的各向异性脊作为一个单一的单轴介质与介电张量定义的有效介质理论（EMT）。利用Comsol Multiphysics中的模态分析模块，通过有限元模拟对二维结构进行了数值分析。数值模拟中考虑了EMT和实际多层膜结构。与常规DLSSP波导相比，具有所有电介质超材料的这种结构提供了额外的自由度，即填充因子、Si-SiO2晶胞中Si层的分数，以调谐传播特性。对于不同的填充因子值，已经观察到所有特性的大范围变化。此外，还考虑了第一界面层的影响。虽然全介质超材料已经被应用于光子波导中作为包层，但在等离子体波导中的实现还没有被研究。该器件在深亚波长光学、光子晶体和光电子学等领域有着广阔的应用前景。
2016-12-28 physics.optics
Electroplating based engineering of plasmonic nanorod metamaterials for biosensing applications
使用无标记的生物传感器感测稀释溶液中的较低分子量是具有挑战性的，并且需要小型化的等离子体结构，例如，一种基于垂直Au纳米棒（AuNR）阵列的超材料。传感器的灵敏度主要取决于换能器特性，因此，例如，AuNR阵列几何形状需要优化。物理汽相沉积方法（例如，溅射和电子束蒸发）需要真空环境来沉积Au，这是昂贵的、耗时的并且厚度有限的。另一方面，化学沉积，即，电镀沉积更高的厚度，在更短的时间和更低的成本，成为一种替代方法的Au沉积。在这项工作中，我们提出了一个详细的优化电镀为基础的制造这些超材料。我们发现，微酸性（6.0 < pH < 7.0）的亚硫酸金溶液支持浸没沉积，应尽量减少，以避免不受控制的金沉积。浸没沉积导致板状（对于较小半径的AuNR）或帽状，即，蘑菇状（对于更高半径的AuNR）结构形成。电镀时间和直流电源是决定面积依赖型电镀沉积中垂直排列AuNR阵列几何形状的调谐参数。这项工作将对开发基于等离子体超材料的传感器产生影响。
2022-11-18 physics.app-ph physics.optics
Toy model for plasmonic metamaterial resonances coupled to two-level system gain
我们提出，解决，并讨论了一个简单的模型的超材料纳入光学增益：一个单一的玻色子共振耦合到一个费米子（倒）两级系统共振通过本地场的相互作用。对于给定的稳态反演，该模型可以解析求解，揭示了丰富的各种各样的（法诺）吸收/增益线型。我们还给出了一个解析表达式的固定反转所产生的增益钉扎在稳态条件下。此外，“激光SPASER”的动态响应，即，它的弛豫振荡，可以通过简单的数值计算在同一模型内获得。因此，这个玩具模型可以被看作是通常的激光速率方程的近场光学对应。
2008-09-04 physics.optics
Plasmonic Light Trapping in an Ultrathin Photovoltaic Layer with Film-Coupled Metamaterial Structures
数值研究了一种薄膜耦合超材料结构，用于增强晶体砷化镓（GaAs）光伏层的光吸收。顶部的亚波长凹面光栅和底部的金属薄膜不仅可以有效地捕获光的波干涉和磁共振效应激发以上的带隙，但实际上也作为光子产生的电荷收集的电接触。在膜耦合超材料结构中，由有源层吸收的能量大大增强，导致短路电流密度在相同厚度下比独立GaAs层显著增强三倍。研究结果将有助于开发成本更低、效率更高的下一代太阳能电池。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic and metamaterial biosensors: A game-changer for virus detection
在与当前和未来流行病的斗争中，最重要的过程之一是对人类病毒的快速诊断和治疗。在这些时代，高灵敏度测试和诊断试剂盒的开发是一个重要的研究领域。等离子体平台，控制光在亚波长卷，开辟了令人兴奋的前景，生物传感应用。其显著的灵敏度和选择性允许非侵入性和快速检测病毒。特别地，等离子体辅助的病毒检测平台可以通过各种方法实现，包括传播表面和局部等离子体共振以及表面增强拉曼光谱。在这篇综述中，我们讨论了等离子体激元生物传感器的基本原理和实现改进的传感器性能的前景。我们强调了几种纳米结构方案，以打击病毒相关疾病。我们还研究了基于等离子体的生物传感的技术限制和挑战，例如降低整体成本和处理复杂的生物样品。最后，我们提供了一个未来的前景，以改善等离子体为基础的方法，以增加其对全球健康问题的影响的机会。
2022-12-12 physics.med-ph physics.optics
Extreme mid-infrared field enhancement and anapoles in high-index plasmonic metamaterials
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学学院）；NanoPhotonics Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心）
本文基于金纳米颗粒自组装超材料，实现中红外波段有效折射率超过15且间隙场增强两个数量级，并通过设计支持anapole的紧凑超材料器件进一步增强纳米间隙场，使量子发射器的受激辐射响应增强三个数量级。
2026-06-18 physics.optics
Plasmonic metamaterial time crystal
Ecole Polytechnique, CNRS, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，法国国家科学研究中心，巴黎理工学院）；Collège de France, PSL Research University（法兰西学院，PSL研究大学）；CNRS, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；CNRS, Thales, Université Paris Saclay（法国国家科学研究中心，泰雷兹集团，巴黎萨克雷大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）
本文提出利用等离激元超材料在太赫兹频段实现光子时间晶体，通过场诱导动态调节载流子动能和有效质量，实现强周期驱动，展示出时间域光子学的新平台。
2026-04-02 cond-mat.other physics.optics
High-order virtual gain for optical loss compensation in plasmonic metamaterials
针对复频率波在极端损耗下信号迅速衰减至零的问题，提出高阶虚增益合成波方法，在保持损耗补偿效率的同时减缓衰减速率，在等离子体共振系统中实现20倍噪声抑制，广泛适用于成像、生物传感和集成光子信号处理。
2025-05-28 physics.optics
Cooperative nanoparticle self-assembly and photothermal heating in a flexible plasmonic metamaterial
我们从理论上研究了由芳纶纳米纤维和金纳米颗粒组成的柔性等离子体超材料的平衡行为和光热效应。纤维基体被认为是一个外部的领域，重新配置的纳米粒子组装。我们发现，加热过程调谐粒子-粒子和纤维-粒子的相互作用，这改变了吸附的纳米粒子在纤维表面或聚集在孔隙空间。因此，可以通过激光照射来控制纳米颗粒的自组装。金纳米颗粒强烈吸收辐射，并有效地将吸收的能量消散为热量。通过求解与有效介质近似相关联的传热方程，我们计算了空间温升。值得注意的是，我们的理论结果与先前的实验定量一致。这表明我们可以忽略粒子团簇引起的等离子体耦合效应。讨论了激光光斑大小和强度对光热加热的影响。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Plasmonic absorption characteristics based on dumbbell-shaped graphene metamaterial arrays
本文提出了一种在远红外和太赫兹波段的理论模型，该模型是由石墨烯纳米棒和两个半球悬浮头组合而成的哑铃形石墨烯超材料阵列。本文对如何增强哑铃形石墨烯超材料阵列的局域电场和吸收进行了详细的理论研究。模拟结果表明，通过改变结构的几何参数和石墨烯的费米能级，可以改变其吸收特性。此外，我们还发现共振波长对TM偏振不敏感。此外，我们还发现双层石墨烯阵列比单层石墨烯阵列具有更好的吸收特性。这项工作使我们能够实现可调谐太赫兹吸收器，也可能提供潜在的应用在光学滤波器和生化传感。
2018-02-28 physics.optics
