Dirac Metamaterial Assembled by Pyrene Derivative and its Topological Photonics
在过去的十年中，拓扑学在物理学的广泛领域中获得了极大的关注。特别是，它对光子学产生了影响，因为精心设计的光子晶体和超材料可以帮助探索材料的非平凡状态。在这方面，具有大各向异性的所有电介质超材料以及偶极和多极Mie谐振器在拓扑光子学中发挥了越来越重要的作用。Mie共振器的优点使得在三维空间中寻找非平凡态成为可能，理论计算支持了它的潜力。然而，这是非常困难的实验证明，因为它是很难使各向异性的亚原子，尽管努力。在这里，我们报告了一个三维拓扑光子学的狄拉克超材料。它是由一个亚晶自组装的分子，HYLION-12，它具有各向异性的极化率和环电流。由于其特殊的光学性质，它具有奇异的光学常数，可用于电磁双曲超材料，以及紫外区的双曲超材料。在242 nm处作为放大反射器，其反射率为142%;在300 nm处作为惠更斯光源，其透过不透明基底的非对称透射率高达30%。此外，它演示了各种拓扑光子学现象，如Pancharatnam-Berry和波导相位合并，波前整形和波导的边缘作为一个3D拓扑光子材料。利用多环芳烃（PAHs）的新策略有望成为实现三维拓扑光子学的有效途径。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Inverse Problem of Quartic Photonics
我们提出了一种方法来工程四次超材料从所需的光子态。我们应用我们的方法的设计的高k渐近的超材料，极端的非互易性和复杂的双各向异性介质。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scattering matrix of the boundary of a nonlocal metamaterial providing insights into non-Maxwellian boundary conditions due to spatial dispersion
我们提出了一个简单的局部均匀介质和潜在的非局部超材料/光子晶体之间的界面模型。这个模型使我们能够计算散射矩阵元素的界面上的平面波的光垂直入射在界面上从任何一个方向。所得的散射矩阵提供了深入了解非麦克斯韦边界条件之间的界面处的均匀介质和超材料/光子晶体与强空间色散。我们用数学的方法来描述这个模型。作为一个例子，用该模型计算了真空与简单光子晶体界面的散射矩阵。计算散射矩阵元的几个测试。最后，我们使用的散射模型的结果来假设可能的形式为非麦克斯韦边界条件。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonreciprocal topological kink-wave propagation in mechanical metamaterials
Université Marie et Louis Pasteur, SUPMICROTECH, Institut FEMTO-ST（玛丽和路易·巴斯德大学，SUPMICROTECH，FEMTO-ST研究所）；IMDEA Materials Institute（IMDEA材料研究所）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
该研究通过机械元材料实现非 reciprocal 的拓扑 kink 波传播，利用非线性机制产生单向传播的 soliton-like 激励，展示了非线性拓扑功能的实现方法。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Kerr and Pockels Electro-Optics of Liquid Crystals in Nanopores for Active Photonic Metamaterials
具有基础材料无法实现的特性的光子超材料已经开始彻底改变光学元件设计。然而，它们的特殊特性通常是静态的，因为在制造过程中人工设计到材料中。这通常限制了它们在操作中可调节光学器件和有源光学器件中的应用。在这里，对于由注入液晶的纳米多孔固体组成的混合材料，我们通过施加平行于其圆柱形孔的长轴的交变电场来展示其超光学的主动和动态控制。第一谐波普克尔和第二谐波克尔双折射响应，强烈依赖于激发频率和温度，观察到的频率范围从50 Hz到50 kHz。这种奇特的行为定量跟踪的Landau-De Gennes自由能分析的有序-无序取向的棒状介晶和密切相关的变化，在固体壁上的单孔，元原子尺度上的分子迁移率和极性锚定的转变。因此，我们的研究表明，注入液晶的纳米孔表现出集成的多物理耦合和可逆的相变，使它们特别有前途的设计光子超材料的热电可调双折射在新兴领域的时空超材料，旨在完全时空控制光。
2021-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembled tunable photonic hyper-crystals
我们提出了一种新型的人工光学材料，光子超晶体，它结合了双曲型超材料和光子晶体的最有趣的功能。与双曲型超材料类似，光子超晶体由于光子波矢没有衍射极限而表现出光子态密度的宽带发散。另一方面，与光子晶体类似，非寻常光子的双曲型色散规律在布里渊区边界附近受到禁带的调制。通过对钴纳米颗粒基磁流体施加外加磁场，实现了光子超晶体的三维自组装。光子超晶体的独特光谱特性导致材料对钴纳米颗粒的单层涂层的极端敏感性，这应该在生物和化学传感中找到许多应用。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin-controlled photonics via temporal anisotropy
基于时变本构特性的时间超材料为先进的场操纵提供了新的可能性。在这项研究中，我们探索的能力，各向异性的时间板，它依赖于突然变化的时间从各向同性到各向异性的响应（反之亦然）。我们的研究结果表明，这些平台可以有效地操纵波自旋维度，允许一系列有趣的自旋控制光子操作。我们证明了这些能力，通过自旋相关的模拟计算和自旋轨道相互作用的影响，涡流的产生的例子。这些结果为时间超材料领域提供了新的见解，并在通信，光学处理和量子技术中提出了潜在的应用。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Harnessing re-programmable phase transitions to control the propagation of sound waves
超材料可以使特殊的静态和动态行为（如负的有效质量密度，动态刚度和泊松比），由于其几何形状，而不是其化学成分。这些超材料的几何形状可以被认为是材料的相位，一旦材料被制造出来，它通常是固定的。虽然存在许多关于可以改变相位或重新编程的超材料的理论和数值研究，但由于可制造性、重新编程的破坏性和固有非线性的挑战，实验实现仍然有限。通过解析、数值和实验相结合的分析，我们利用可调的、自组装的、非线性磁晶格来实现具有可逆相变的超材料。我们的超材料是由自由浮动的圆盘组成，嵌入永磁体，被限制在磁边界内。我们利用可调磁边界的非破坏性性质来创建一组可重新编程的超材料来控制声波的传播。此外，我们展示了一个强大的，实时可调波滤波器在超低频。我们的研究结果可以将超材料的视野扩展到功能和可调设备。
2021-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonlinear magnetoinductive waves and domain walls in composite metamaterials
我们描述了左手复合材料中的非线性磁感应波的新物理。我们推导了描述磁感应波传播的耦合方程，并表明在非线性状态下，超材料的磁响应可能会变得不稳定。我们分析了不同的非线性状态的调制不稳定性，也表明，非线性超材料可以支持畴壁（扭结）连接的区域与正负磁化的传播。
2006-02-21 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Auxetic-like metamaterials as novel earthquake protections
我们提出，波通过一类机械超材料的传播开辟了前所未有的途径，在地震波保护的基础上的光谱特性的拉胀类超材料。这些超材料的弹性参数，如体积和剪切模量，质量密度，甚至泊松比，可以在弹性阻带中表现出负值。我们在这里表明，频率范围从1 Hz到40 Hz的地震波的传播可以受到埋在土壤中的类拉胀超材料的十倍尺度版本的影响，阻抗失配，局部共振和布拉格阻带的综合效应。更准确地说，我们数值研究和说明之间的显着不同的行为之间的传播地震波通过均匀的各向同性弹性介质（混凝土）和一个拉胀状的超材料板组成的64个细胞（40 mx40 mx40 m），在这里作为一个建筑物的基础，要保护地震现场的影响。这种新型的地震超材料在适当设计时，在与地震波兼容的频率下打开带隙，这使得它们成为隔震结构的有趣候选者。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Grating-graphene metamaterial as a platform for terahertz nonlinear photonics
非线性光学由于其与光学和光电技术的相关性和潜力，是科学和技术应用的一个日益重要的领域。目前，人们正在积极寻找具有有效转换和小材料足迹的合适的非线性材料系统。理想情况下，材料系统应该允许芯片集成和室温操作。二维材料在这方面非常有趣。特别有前途的是石墨烯，它在太赫兹范围内表现出非常大的非线性。然而，二维材料中的光-物质相互作用长度本质上是最小的，因此限制了整体非线性光学转换效率。在这里，我们克服了这一挑战，使用超材料平台，结合石墨烯与光子光栅结构提供场增强。我们测量太赫兹三次谐波产生在这种超材料，并获得一个有效的三阶非线性极化率的大小为3 $\cdot$ 10 $^{-8}$ m $^2$ /V $^2$，或21 esu，基频为0.7太赫兹。这种非线性比我们在没有光栅的情况下获得的石墨烯大50倍。这样的增强对应于具有由于光栅而大三个数量级的强度的三次谐波信号。此外，我们证明了场转换效率高达$\sim$ 1%的第三次谐波使用中等场强的$\sim$ 30 kV/cm。最后，我们表明，谐波超出第三次增强更强烈，使我们能够观察到高达9 $^{\rm th}$谐波的签名。因此，光栅-石墨烯超材料构成了商业上可行的、CMOS兼容的、室温的、芯片集成的THz非线性转换应用的杰出平台。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic transmittance in metallic and metamaterial Superlattices
我们在这里提出的电磁波通过金属和左手介质的层状结构的传输。基于有限周期系统的理论，我们表明，除了强烈的影响的入射角，一个单一的导体板的低传输特性，为低于等离子体频率$ω_p$的频率$ω$，成为在这一领域的高度振荡。类似地，在具有多个单胞的超晶格中，单个左手平板的公认的透射系数变得与超光速效应高度共振。我们确定了波包通过$λ/4$光子超晶格的时空演化，该光子超晶格的透射系数是一系列具有负相位时间的孤立且等距的峰。我们表明，一个高斯波包的时空演化，在任何这些峰值的质心，同意的理论预测，并没有违反因果关系的原则发生。我们发现，除了强烈的影响的入射角，体等离子体激元模式和界面表面等离子体激元的相干耦合导致振荡的透射系数，并依赖于奇偶性的超晶格的单元格$n$的数量，传输消失或放大作为导体宽度的增加。我们确定了波包通过$λ/4$光子超晶格时的时空演化，当光子超晶格的带宽变为可忽略时，透射系数变为一系列孤立的、等距离的负相位峰.我们表明，一个高斯波包的时空演化，在任何这些峰值的质心，同意的理论预测，并没有违反因果关系的原则发生。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical loss compensation in a bulk left-handed metamaterial by the gain in quantum dots
研究了一种具有渔网结构的左手材料，利用PbS量子点中的高斯增益，通过表面等离子体激元放大实现了对左手材料光损耗的补偿。通过反演方法证实了200 THz附近的光学共振增强。通过研究传输损耗对增益系数和超材料厚度的依赖关系，数值验证了在一定增益系数下，左手响应可以承受较大的传输厚度，且损耗超低且稳定。
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
New geometric receipts for design of photonic crystals and metamaterials: optimal toric packings
本文提出用正方形和三角形环面上的最优圆盘堆积作为光子晶体设计的新数学配方，可获得比传统质心 Voronoi 剖分更大的带隙，并据此引入两类新型周期结构。
2024-10-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hyperbolic Metamaterials
双曲型超材料最初被引入以克服光学成像的衍射极限。此后不久，人们意识到双曲型超材料展示了许多新颖的现象，这些现象是由它们的光子态密度的宽带奇异行为引起的。这些新的现象和应用包括超分辨率成像，新的隐身技术，增强的量子电动力学效应，热超导，超导和有趣的引力理论类似物。在这里，我们简要回顾了典型的材料系统，表现出双曲线的行为和概述双曲超材料的重要应用。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci gr-qc physics.optics
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Absorbing boundary condition for Bloch-Floquet eigenmodes
提出了一种适用于光子晶体和超材料电磁频域模拟的吸收边界条件。该边界条件可以同时吸收周期晶体的多个布洛赫-弗洛奎本征模，包括传播模和消逝模。所讨论的光子晶体或超材料可以包括有损耗的、有源的、各向异性的甚至双各向异性的内含物。吸收边界条件依赖于Bloch-Floquet本征模的正交性条件，这里给出了一个广义的版本。我们测试了这种吸收边界条件的数值和目前的结果。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Octonacci Photonic Crystals with Negative Refraction Index Materials
研究了一维光子准晶中$s$偏振（TE）和$p$偏振（TM）波的透射谱，该准晶由$_{2}$和\textit{metamaterials}交替层组成，按照Octonacci序列排列.利用麦克斯韦方程组和传输矩阵技术，导出了垂直和斜入射光场传输的透射谱。我们假设超材料的介电常数和磁导率为Drude-Lorentz型色散响应。对于垂直入射的光波，我们观察到光谱不具有自相似性和镜像对称性，并且也没有光学带隙。同样对于垂直入射波，当入射角$θ_{C} = 0^{\circ}$在特定频率范围内时，我们显示了全透射区域。
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong coupling of plasmonic bright and dark modes with two eigenmodes of a photonic crystal cavity
本文报道了太赫兹波段EIT类超材料等离子体暗模与一维光子晶体腔光子间的强耦合，由亮模介导，并观测到四个极化激元模式，频率分裂可用四耦合谐振子模型解释。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anisotropic Confinement of Chromophores Induces Second-Order Nonlinear Optics in a Nanoporous Photonic Metamaterial
二阶非线性光学是各种旨在对光进行主动操纵的器件的基础。然而，物理原理限制它的发生非中心对称，各向异性物质。这显著地限制了表现出非线性光学的基础材料的数量。在这里，我们表明，嵌入发色团在一个阵列中的锥形通道13纳米在单片二氧化硅结果介观各向异性物质，从而在混合材料显示二次谐波产生（SHG）。这种非线性光学相比，在电晕极化聚合物薄膜中实现的含有相同的发色团。它起源于约束诱导的取向秩序的细长的客体分子在纳米通道。这导致了非中心对称偶极序，从而导致了在亚波长、单孔尺度上的非线性光-物质相互作用。我们的研究表明，大规模的，自组织的纳米多孔性的整体固体的出现，以及在单孔尺度上的生色团的限制可控的取向顺序提供了一个可靠的和可访问的工具来设计具有非线性元光学材料。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
