Acoustic metamaterial absorbers based on confined sonic crystals
在这项工作中，理论，数值和实验结果检查声波晶体中的热粘性损失，使制造和表征的声学超材料吸收器与复值各向异性惯性。开发的配方可以写没有未知的或经验的系数，由于结构化的晶格的声波晶体和有组织的分层方案，它示出，可以使用更高的填充分数的安排，以提供一个大的增强损耗因子。为了在可实现的实验配置中精确地描述这些结构，由于声波晶格内的热和粘性边界层效应，需要修改有效性质的限制结构。理论公式描述这些受限的声波晶体的影响，无论是单独和作为声学超材料结构的一部分，并在声阻抗管实验证明。据观察，受限的声波晶体表现出粘性损失的增加和有效体积模量的减少，通过改善的阻抗匹配和增强的吸收，使更好的吸声性能。
2014-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Interference theory of metamaterial perfect absorbers
超材料理想吸波体的阻抗匹配依赖于磁共振响应，其直接证据是金属结构中表面电流的反平行方向。在这里，我们提出了一个不同的理论解释的基础上的干扰，这表明，在超材料吸收器中的两层金属结构只通过多次反射与可忽略的近场相互作用或磁共振。这进一步得到了通过多次反射和叠加在谐振器阵列和接地平面的界面处导出的异相表面电流的支持。这里开发的理论解释了在窄带超材料吸收器中观察到的所有特征，因此提供了对底层物理的深刻理解。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
An Infrared Spatial and Frequency Selective Metamaterial Perfect Absorber
我们证明，第一次，一个空间相关的超材料完美的吸收器在红外区工作。我们实现了97%的实验吸收在6.0微米的波长，我们的结果与数值全波模拟吻合得很好。通过使用两种不同的超材料亚晶格，我们实验证明了空间和频率变化的吸收，这可能有许多相关的应用，包括高光谱亚采样成像
2010-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of metasurface description for multilayered metamaterials and an alternative theory for metamaterial perfect absorber
我们分析了单一和多层的超材料建模每一层作为一个元表面与有效的表面电和磁化率通过薄膜近似。采用传输矩阵方法，这些超表面可以组装成多层超材料，以实现某些功能。我们数值证明，这种方法提供了一种替代的解释超材料为基础的完美吸收，显示的基本机制是一个修改后的法布里-珀罗共振。该方法提供了一种适用于解耦或弱耦合多层超材料的通用方法。
2011-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Novel electrically resonant terahertz metamaterials
我们提出了一类新的人工材料，表现出定制的电磁辐射的电组件的响应。这些电超材料（EM-超材料）的理论，计算和实验研究，使用太赫兹时域光谱。这些结构显示出谐振响应，包括范围从~500 GHz到1 THz的负介电常数（ε < 0）区域。传统的电介质，如分布式导线，很难纳入超材料。相比之下，这些新的局部结构将简化未来超材料（包括负折射率的超材料）的构造，并将增强功能性太赫兹设备的设计和制造。
2006-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Experimental demonstration of terahertz metamaterial absorbers with a broad and flat high absorption band
我们提出的设计，数值模拟和实验测量的太赫兹超材料吸收器具有广泛的和平坦的吸收顶部的横向电和横向磁极化在一个很宽的入射角范围内。超材料吸收体单元由两组以不同但接近的频率谐振的结构组成。整体吸收光谱是各个分量的叠加，并且在显著带宽上在顶部变得平坦。实验结果与数值模拟吻合良好。
2011-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal tunability in terahertz metamaterials fabricated on strontium titanate single crystal substrates
我们报告了一个实验演示的热调谐的谐振频率在平面太赫兹超材料组成的金开口环谐振器阵列上制作的大块单晶钛酸锶（SrTiO 3）基板。将超材料从409 K开始冷却到150 K，与其室温谐振相比，导致谐振频率偏移约50%，并且谐振强度变化很小。共振位移是由于钛酸锶的温度依赖性折射率（或介电常数）。该实验为利用高介电常数衬底和复合金属氧化物材料的温度敏感特性设计可调谐太赫兹器件开辟了途径。
2011-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz Metamaterials with Semiconductor Split-Ring Resonators for Magnetostatic Tunability
我们研究了由半导体开口环谐振器周期阵列构成的超表面。通过适当取向的外部静磁场，发现由垂直入射光激发的超颖表面的共振频率在太赫兹范围内是连续可调的。由于这样的超表面可以组装成3D超材料，因此前述结论也适用于包括半导体开口环谐振器的超材料。
2008-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
A New Class of Electrically Tunable Metamaterial Terahertz Modulators
可切换超材料为有效操纵电磁波，特别是太赫兹波提供了独特的解决方案，这是困难的，因为自然产生的材料很少可控地响应太赫兹频率。然而，迄今为止，很少有太赫兹调制器同时表现出低衰减和高调制深度。在这封信中，我们提出了一类新的电调谐太赫兹超材料调制器，采用金属频率选择表面（FSS）与电容可调层的电子，有望接近100%的调制深度和< 15%的衰减。我们的设计与现有技术的根本区别是通过独立于金属FSS的自选通电子层实现的调谐。我们的建议适用于所有可能的电可调元件，包括石墨烯，Si，MoS2，氧化物等，从而为在超宽太赫兹频率范围内实现高性能可切换超材料开辟了无数机会。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Asymmetric planar terahertz metamaterials
我们报告了在垂直和水平电场极化的开口环谐振器（SRR）中，在垂直入射下，使用太赫兹时域光谱的三个不同的谐振的实验观察。通过从环的中心向角逐渐地移位电容间隙来打破SRR中的对称性允许对基本电感-电容谐振进行85%的调制。增加不对称性会导致原本难以实现的高品质因数电四极共振的演变，该共振可用于太赫兹区域的生物传感应用。
2010-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultra-broadband Microwave Metamaterial Absorber
提出了一种微波超宽带极化无关超材料吸收体。它是由金属-介电多层四角截头棱锥的周期性阵列。这些金字塔在多个频率处具有共振吸收模式，其中重叠导致入射波在超宽光谱带上的总吸收。在7.8-14.7GHz频率范围内，垂直入射时的实验吸收率均在90%以上，入射角小于60 °时吸收率保持较大。实验结果与数值模拟结果吻合较好。
2011-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Composite metamaterials with dual-band magnetic resonances in the terahertz frequency regime
利用金膜在硅片上制备了亚波长金属孔阵列（即单层渔网结构）和开口环谐振器阵列（SRR）的复合超材料（CMM）。在太赫兹范围内的坐标测量机的传输测量已经进行。当入射光的电场偏振方向平行于元件SRR的间隙时，观察到了双波段磁共振，即4.40 THz的LC共振和8.64 THz的附加磁共振，它们起源于CMM中导线对中的反平行电流。数值模拟结果与实验结果吻合较好，进一步阐明了双频磁共振的本质。
2009-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density-independent plasmons for terahertz-stable topological metamaterials
为了有效地将尖端的太赫兹技术集成到紧凑的器件中，高度受限的太赫兹等离子体激元引起了人们的广泛关注。与金属中可见频率的等离子体激元相比，通常在轻杂质半导体或石墨烯中的太赫兹等离子体激元对载流子密度（n）敏感，因此具有容易的可调谐性，然而，这导致不稳定或不精确的太赫兹光谱。通过推导出一个简化的，但普遍的形式的等离子体频率，在这里，我们揭示了一个统一的机制，产生不寻常的n-独立的等离子体（DIP）在所有的拓扑状态与不同的维度。值得注意的是，我们预测，太赫兹DIP可以激发在2D的线和1D的点系统，证实了第一性原理计算几乎所有现有的拓扑半金属与不同的晶格对称性。除了与n无关外，DIP中费米速度和简并因子依赖的特性可以分别用于设计拓扑超晶格和多壁碳纳米管超材料，用于宽带太赫兹光谱和量子化太赫兹等离子体。令人惊讶的是，高空间限制和品质因数，也不敏感的n，可以同时实现在这些太赫兹DIP。我们的研究结果为开发稳定的太赫兹应用的拓扑等离子体器件铺平了道路。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhancing Solar Thermal Energy Conversion with Silicon-cored Tungsten Nanowire Selective Metamaterial Absorbers
这项工作的实验研究硅芯钨纳米线选择性超材料吸收，以提高太阳能热能收集，简单地制造保形涂层薄钨层到商业硅纳米线邮票。扫描电子显微镜用于表征钨沉积前后的形貌变化，而光学光谱学用于测量从太阳光谱到红外的宽波长范围内的光谱吸收率（或发射率）。结果表明，钨纳米线吸收器表现出几乎相同的总太阳吸收率约为0.85的硅纳米线，但大大降低了总发射率下降到0.18，这可以显着抑制红外发射热损失。实验室规模的太阳热测试装置用于测量钨纳米线吸收剂从1到20个太阳的太阳热效率，实验证明了由于硅纳米线和黑色吸收剂的优异光谱选择性而提高的性能。通过详细的传热分析，发现钨纳米线吸收体在6.3个太阳下的停滞温度为273 ℃的太阳热测试中，在203 ℃的温度下达到41%的实验效率。预计在相同温度203摄氏度下达到74%的效率，实际应用的停滞温度为430摄氏度，而没有来自侧表面和底表面的寄生辐射损耗，大大优于硅纳米线和黑色吸收剂。研究结果将有助于以低成本开发新型超材料选择性吸收器，用于高效太阳能热能系统。
2020-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly-Efficient Selective Metamaterial Absorber for High-Temperature Solar Thermal Energy Harvesting
在这项工作中，超材料选择性太阳能吸收器的纳米结构的钛光栅沉积在一个MgF 2间隔和钨地膜提出和实验证明。所制造的太阳能吸收器的特征在于在UV、可见光和近红外（IR）区域中的正常吸收率高于90%，而中红外发射率为约20%。太阳光谱中的高宽带吸收是通过表面等离子体激元和磁极化子共振的激发实现的，而低中红外发射率是由于金属成分的高反射性质。进一步的定向和偏振反射率测量表明，宽角度和偏振不敏感的太阳光谱内的高吸收。温度依赖性光谱表征表明，在高达350°C的高温下，光学性质几乎没有变化。使用制造的超材料太阳能吸收器的太阳能-热转换效率预计在100°C下为78%，没有光学聚集，或者在400°C下为80%，25个太阳，并且可以在超材料设计期间通过更好的制造工艺和几何优化进一步提高。强光谱选择性、良好的类漫射行为和优异的热稳定性使得超材料选择性吸收器有希望在中高温下显著增强各种系统中的太阳热能收集。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A universal electromagnetic energy conversion adapter based on a metamaterial absorber
在超材料吸收体（MA）产生近乎完美的电磁（EM）吸收和发射的基础上，提出了一种基于MA的通用电磁能量转换适配器（UEECA）。通过选择合适的能量转换传感器，UEECA能够在EM能量和各种形式的能量（例如热能、DC电能或高次谐波EM能量）之间实现接近100%的信号传输率。继承的亚波长尺寸和EM场强度增强可以进一步增强UEECA在许多关键应用中的能力，例如能量收集、太阳能电池和非线性光学。UEECA的原理可以通过传输线模型来理解，传输线模型进一步提供了一种可以结合各种能量转换设备的设计策略。通过选择射频二极管作为能量转换传感器，在微波频率下以96%的信号传输率对该概念进行了实验验证。
2013-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic field-induced thermal emission tuning of InSb-based metamaterials in the terahertz frequency regime
本工作提出并验证了一种确定外加直流磁场下 InSb 光谱特性的方法，设计了在太赫兹频段具有单位窄带发射的 InSb-W 超材料，并实现了带宽和峰值波长的磁场动态调控。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband terahertz generation from metamaterials
太赫兹光谱范围约为0.1至15 THz，是最少探索但技术变革最多的光谱区域之一。当前的一个挑战是开发具有宽带和无间隙光谱的高效和紧凑的太赫兹发射器/检测器，其可以针对各种泵浦光子能量进行定制。在这里，我们展示了有效的单周期宽带太赫兹产生，范围从约0.1至4太赫兹，从一个薄的层的开口环谐振器与几十纳米的厚度在1.5微米（200太赫兹）的电信波长泵浦。太赫兹辐射是由开口环谐振器的磁偶极共振激发产生的，在非共振泵浦下会迅速衰减。这，连同泵浦偏振依赖性和功率缩放的太赫兹发射，确定了在开口环谐振器中的光致非线性电流的作用。我们还揭示了一个巨大的片非线性极化率$\sim$ 10 $^{-16}$ m $^2$ V $^{-1}$，远远超过薄膜和散装非中心对称材料。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards an experimental proof of superhydrophobicity enhanced by quantum fluctuations freezing on a broadband-absorber metamaterial
以前的理论工作表明，超疏水性可以通过在极紫外频域中起作用的宽带吸收超材料表面的量子真空模式的部分抑制来增强。这种效应将与经典的Cassie-Baxter超疏水性解释竞争。在这篇文章中，我们首先从理论上建立了这种“量子”超疏水性的预期的唯象特征。然后，依靠这个理论框架，我们实验研究图案化的硅表面上的有机硅烷分子接枝，所有的涂层表面具有相似的特征图案尺寸，但不同的配置文件。其中一些表面确实可以冻结量子光子模式，而另一些则不能。虽然后者允许疏水性，但只有前者允许超疏水性。我们相信这些结果奠定了基础，进一步全面评估量子涨落冻结诱导的超疏水性。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photo-to-heat conversion of broadband metamaterial absorbers based on TiN nanoparticles under laser and solar illumination
本文从理论上研究了TiN纳米粒子在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的随机混合超柔性材料的光热加热。由于TiN纳米颗粒的等离子体性质，入射光在宽带范围（300-3000 nm）内被完全吸收，从而在这些超材料内产生热量。在不同强度的808 nm近红外激光照射下，我们预测的温升作为时间的函数与最近的实验数据吻合得很好。对于给定的激光强度，温度升高随着TiN纳米颗粒的浓度而非单调地变化，因为随着添加等离子体纳米结构而增强的热导率和吸收的能量导致对加热过程的相反影响。当该模型扩展到太阳能加热，光热行为定性相似，但温度升高小于13 $K$。本文的研究结果对今后宽带理想吸收体光热转换的实验研究具有指导意义。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Terahertz spin ratchet effect in magnetic metamaterials
研究在Co/Pt磁性反点超材料中揭示太赫兹自旋棘轮与三角光电流的微观起源，并解释二者磁滞宽度差异。
2023-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
