Plasmon localization and giant fields in holographic metasurface for SERS sensors
我们提出了SERS活性的金属全息超表面制作金属周期性纳米光栅沉积在介质基板上。超颖表面由调制的电介质组成，其被薄银层覆盖。超表面作为开放的等离子体共振器操作。提出了金属纳米光栅开放谐振腔中激发等离子体激元的理论。大的局部电磁场预测的光学频率。在4英寸的硅晶片上设计的超颖表面上的等离子体激元的激发实验证明。局部电场的增强导致表面增强拉曼散射（SERS）。为了研究SERS效应，超表面被4-巯基苯硼酸分子覆盖，这些分子与银纳米层形成共价键，并作为概念验证。最后，我们获得了230 nM的检测限为4-巯基苯硼酸分子。
2021-11-10 physics.optics
Ultrathin plasmonic nanogratings for rapid and highly-sensitive detection
我们开发了一种纳米等离子体传感器平台，采用30 nm厚的Ag薄膜上图案化的一维纳米光栅的非凡光学特性。激发Fano共振的银纳米光栅的结果在透射光谱具有高振幅，大对比度，和窄带宽，使它们非常适合于快速和高灵敏度的传感应用。该纳米等离子体传感器芯片与聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流体通道集成，并且测得的折射率分辨率为1.46x10-6折射率单位（RIU），具有1秒的高时间分辨率。这与商业的基于棱镜的表面等离子体共振传感器相比是有利的，但是使用更方便的共线传输几何形状和50 X 50 μ π ι 2的显著更小的传感器覆盖区来实现。此外，相对于最先进的纳米等离子体传感器，对于可比较的检测分辨率，实现了时间和空间分辨率的数量级改进。
2014-10-14 physics.optics
Multifunctional Charge Transfer Plasmon Sensors
本文综述了电荷转移等离激元共振（CTPR）在导电连接纳米二聚体中的理论与应用进展，指出其超可调光谱特征可用于开发体相、表面、气体和分子多功能传感器，为传感技术开辟新途径。
2023-03-13 physics.app-ph physics.optics
Extremely confined gap surface plasmon modes excited by electrons
高空间和能量分辨率EELS可以用于详细表征由金属纳米结构支持的局部和传播表面等离子体激元激发，从而深入了解各种等离子体效应中涉及的基本物理现象。在这里，应用EELS在金超尖锐的凸槽，我们直接探测极其有限的间隙表面等离子体激元（GSP）模式激发的快速电子在纳米宽的差距。实验和理论EELS数据都揭示了与反对称（相对于横向电场分量）GSP模式的激发相关的共振行为，其间隙宽度非常小，低至~5 nm。有人认为，这种模式的激发，具有非常强的吸收，在实验实现的非共振光吸收的超尖锐的凸槽与制造诱导的不对称性起着至关重要的作用。在具有极端光限制的等离子体激元波导中利用的反对称GSP模式以及基本GSP模式的出现是在等离子体激元纳米光子电路和器件的设计中应该考虑的非常重要的因素。
2013-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Simulation Driven Design of a Multilayer Plasmonic Sensor Using Cu Ni and BaTiO3 for Waterborne Pathogen Detection
Birla Institute of Technology and Science, Pilani（比拉理工学院）
本文提出了一种基于Cu Ni和BaTiO3的多层等离子体传感器，通过仿真优化实现高灵敏度的水生病原体检测。
2025-12-21 physics.optics
Ultrasensitive surface plasmon resonance-based biosensor for efficient detection of SARS-CoV-2 Virus in the near-infrared region
Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼分校）
本文提出一种基于Al/Au/MgF2/MoS2多层结构的近红外SPR生物传感器，通过数值仿真实现372°/RIU的高灵敏度，可用于高效检测SARS-CoV-2病毒。
2025-11-10 physics.optics
Quantum-Enhanced Plasmonic Sensing
量子资源可以提高设备的灵敏度，使其超过经典散粒噪声极限，因此，通过开发量子增强传感器，彻底改变了计量领域。特别地，广泛用于生物和化学传感应用的等离子体传感器提供了将这种增强带到现实生活设备的独特机会。在这里，我们使用明亮的纠缠双光束来提高用于测量局部折射率变化的等离子体传感器的灵敏度。我们证明了最先进的等离子体传感器的灵敏度的56%的量子增强，测量的灵敏度在$10^{-10}$ RIU $/\sqrt{\textrm{Hz}}$的数量级上，比量子增强等离子体传感器的先前的原理验证实施方式好近5个数量级。这些结果有望显着增强超痕量标记自由等离子体传感，并将找到他们的方式进入从生物医学应用到化学检测等领域。
2018-02-01 physics.optics quant-ph
Label-free detection of single nanoparticles with disordered nanoisland surface plasmon sensor
我们报告使用无序的金属纳米岛衬底支持表面等离子体激元（SPPs）的单个纳米粒子的传感。由弹性散射的SPP的泄漏辐射引起的散斑图案提供了传感器表面处的散射微结构的独特指纹。散斑去相关的实验测量，并显示，使个别金纳米粒子和聚苯乙烯珠的吸附检测。我们的方法通过对粘附在纳米岛基底上的颗粒的亮场和荧光成像来验证。
2022-01-28 physics.app-ph physics.optics
Complementary magnetic localized surface plasmons
磁局域表面等离子体激元（LSP）支持的金属结构波纹非常长和弯曲的凹槽最近已被提出，并证明在一个非常薄的金属螺旋结构（MSS）在微波制度。然而，通过仅测量电场而非磁场来证明磁性LSP的模式分布。
2015-09-22 physics.optics
Ultra-narrow spectral response of a hybrid plasmonic-grating sensor
我们配置和分析的纳米结构的设备，杂交光栅模式和表面等离子体共振。该模型使用了一个有效的折射率，考虑所涉及的材料的体积分数，和通过结构的等离子体激元的传播深度。我们的几何结构是由电介质纳米三角形制成的挤压低阶衍射光栅。表面等离子体共振在金属/电介质界面处激发，该界面通过高折射率电介质层与分析物分离。折射传感器的光学性能在灵敏度和品质因数（FOM）方面具有很强的竞争力，因为它具有超窄的光谱响应（低于0.1 nm）。此外，它在很宽的折射率范围内（从1.3到1.56）工作，并且也在垂直入射条件下工作。
2020-01-03 physics.app-ph physics.optics
Design of a plasmonic-organic hybrid slot waveguide integrated with a bowtie-antenna for terahertz wave detection
最近，在大频谱上的电磁（EM）波检测吸引了大量的关注。传统的电子EM波传感器使用大的金属探针，其使待测量的场失真，并且对可检测的RF带宽也有严格的限制。为了解决这些问题，已经开发了集成光子EM波传感器以提供高灵敏度和宽带宽。以前，我们展示了一个紧凑的，宽带的，和敏感的集成光子EM波传感器，由有机电光（EO）聚合物填充硅槽光子晶体波导（PCW）调制器集成与金领结天线，检测X波段的电磁波谱。然而，由于硅PCW的相对大的RC常数，这样的EM波传感器只能工作到几十GHz。在这项工作中，我们提出了一个详细的设计和讨论的新一代电磁波传感器的基础上EO聚合物填充等离子体缝隙波导结合蝴蝶结天线，以覆盖更广泛的电磁波谱从1 GHz到10 THz，包括微波，毫米波，甚至太赫兹波的范围。这种天线耦合的等离子体-有机混合（POH）结构被设计为提供超小的RC常数、等离子体模式与RF场之间的大重叠、强电场增强以及可忽略的场扰动。设计了一种用于桥接硅条形波导和等离子体缝隙波导的锥形结构。仿真结果表明，我们的设备可以有一个电磁波传感能力高达10太赫兹。据我们所知，这是第一个用于光子太赫兹波检测的POH设备。
2016-04-02 physics.optics
An ultrasensitive and multispectral refractive index sensor design based on quad-supercell metamaterials
等离子体超材料支持局域表面等离子体共振（LSPR），其对介电环境的变化敏感并且对于超灵敏的生化传感是非常期望的。在这项工作中，提出了一种新的设计的超元胞超材料的四个相互旋转的开口环谐振器（SRR），其中奇（N=1和N = 3）和偶（N=2）的谐振模式的同时激发实现由于额外的不对称性从旋转和显示不敏感的两个正交的偏振。充分利用这三个共振谷，为多光谱应用展示了光明的前景。作为折射率（RI）传感器，在近红外（NIR）光谱中，LC模式（N=1）的折射率灵敏度约为1000 nm/RIU，等离子体模式（N=2）的折射率灵敏度约为500 nm/RIU。
2016-05-30 physics.optics
High-sensitivity plasmonic refractive index sensing using graphene
我们从理论上证明了一个高灵敏度，石墨烯等离子体基折射率传感器工作在室温下的中红外线。我们的传感器的质量因数达到$10$以上的值，但我们提出的等离子体传感器的关键方面是它的表面灵敏度，我们详细研究。我们已经使用了关于掺杂水平和电子弛豫时间的现实值，这是传感器性能的限制因素。我们的研究结果定量地显示了石墨烯等离子体基折射率传感器在中红外工作的高性能。
2017-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic sensors based on funneling light through nanophotonic structures
我们提出了一种折射传感器实现为一堆金属光栅的亚波长功能和嵌入在一个低折射率的电介质。光通过漏斗机制被强烈限制，并激发共振，感测分析物介质。两个终端的结构进行了比较。其中之一具有与分析物接触的电介质，并利用结构的选择性光谱透射。另一种设计具有在金属/分析物界面处产生表面等离子体共振的金属连续层。这两种设计都具有对分析物的折射率变化敏感的窄光谱特征，并且可以用于感测生物医学样品。
2020-01-03 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic interferometer for nanoscale refractometry
本文提出一种基于双零模波导和牛眼天线光栅的等离子体干涉仪，通过远场干涉检测折射率不对称引起的相位与幅度变化，显著提升了纳米尺度折射测量的灵敏度。
2024-06-10 physics.optics
Extremely confined gap plasmon modes: when nonlocality matters
从历史上看，等离子体领域一直依赖于经典电动力学的框架，即使在处理纳米级金属结构时也应用材料响应的局部响应近似。然而，当接近电磁辐射的原子尺度约束时，预期介观效应变得可观察到，例如，与电子气的非局部电动表面响应相关的那些。我们研究非局域效应在传播间隙表面等离子体模式的金属-电介质-金属平面波导，利用单晶金片分离的原子层沉积的氧化铝。我们使用扫描近场光学显微镜直接访问近场的这种限制间隙等离子体激元模式和测量它们的色散关系（通过其复值传播常数）。我们将我们的实验结果与广义非局部光学响应理论的预测进行比较，以揭示非局部阻尼的签名，这对于较小的介电间隙变得明显。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultimate Phase Sensitivity in Surface Plasmon Resonance Sensors by Tuning Critical Coupling with Phase Change Materials
等离子体传感是一种用于实时生物医学诊断和空气质量监测的成熟技术。虽然强度和波长跟踪是表面等离子体共振（SPR）最常用的询问方法，但一些工作表明相位询问在检测灵敏度方面的潜在优势。在这里，我们从理论上和数值上建立了相位询问SPR传感器的超高灵敏度与临界耦合条件之间的联系。然而，达到该条件需要金属层厚度的技术上不可行的埃级精度。我们提出了一个强大的解决方案，以克服这一限制耦合的SPR与相变材料（PCM）薄膜。通过利用PCM的多级可重构相态，我们在理论上证明了超高的相位灵敏度与低至$10^{-10}$折射率单位（RIU）的检测极限。这种PCM辅助SPR传感器平台为前所未有的灵敏度传感器铺平了道路，用于检测生物医学传感和环境监测中的痕量低分子量物质。
2021-09-16 physics.app-ph physics.optics
Real-time phase-shift detection of the surface plasmon resonance
研究了一种直接测量激光束在金属薄膜表面激发表面等离子体激元后反射的相位的方法。该方法允许实时访问相位信息，它增加了数据采集的可能速度，并且因此可以证明对于增加基于表面等离子体的传感器的灵敏度是有用的。
2010-05-29 physics.optics
Arbitrary spin-controlled directional coupling of surface plasmon polaritons
控制表面等离子体激元（SPP）的方向性已被广泛研究，但在报道的方法中，SPP的方向都是通过正交偏振来切换的。在这里，我们提出了一个计划来控制任意自旋极化的SPP的方向性。最极端的是，该器件可以将两个非常相邻的偏振分量分离到两个相反的方向。所提出的设计方案的多功能性可以提供偏振传感，偏振分裂和偏振控制等离子体器件的机会。
2018-07-27 physics.optics
Tunable and Sensitive Detection of Cortisol using Anisotropic Phosphorene with a Surface Plasmon Resonance Technique: Numerical Investigation
可调谐和超灵敏的表面等离子体共振（SPR）传感器对于监测应激激素如皮质醇（一种在人体肾上腺中形成的类固醇激素）是非常理想的。本文描述了使用基于高度各向异性的二维材料（即，磷烯。优化双金属层（例如铜（Cu）和镍（Ni））的厚度以实现强SPR激发。该传感器在平面内绕z轴旋转一个旋转角，以获得磷烯的各向异性行为。传感器的性能参数表现在更高的灵敏度（347.78度/RIU），最大角优值（1780.3），和更精细的检测限为0.026 ng/ml。此外，一个显着的穿透深度（203 nm）实现了所提出的传感器。上述参数的结果表明，所提出的传感器优于先前报道的文献中的皮质醇检测使用SPR技术。
2021-11-30 physics.app-ph physics.optics
Surface Plasmon Driven Electric and Magnetic Resonators for Metamaterials
利用表面等离子体激元和超材料之间的相互作用，我们提出了一种新的超材料设计技术。我们表明，薄金属表面上存在的表面等离子体激元可以用来“驱动”在其附近的非共振结构，以提供新型的电和磁谐振器。这些谐振器严格地粘附到主体金属膜的表面等离子体激元色散。所得到的超材料的工作频率可以缩放到极高的频率，否则不可能与传统的分裂环谐振器为基础的设计。我们的方法为等离子体和超材料界面的理论和实验开辟了新的可能性，以收获这两个领域相结合的许多潜在应用。
2011-04-11 physics.optics
Machine Learning-Assisted Analysis and Inverse Design of Prism-Based Surface Plasmon Resonance Sensors
Birla Institute of Technology & Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼分校）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）
该研究提出一种整合ML基准、可解释性及优化的框架，采用四种ML模型高效分析与逆设计SPR传感器，计算速度提升千至万倍且精度高。
2026-08-19 physics.optics
Differentiating surface and bulk interactions in nanoplasmonic interferometric sensor arrays
检测特定目标分析物并将其与干扰背景效应区分开来是环境、化学、生物和医学传感应用中常见的复杂多组分解决方案中的一项关键但具有挑战性的任务。在这里，我们提出了一个简单的纳米等离子体干涉传感器平台，可以区分吸附在传感器表面上的薄蛋白质层（表面效应）从体折射率变化（干扰背景效应）在一个单一的传感点，利用不同的穿透深度的多个传播表面等离子体激元激发的环孔纳米结构。检测到牛血清白蛋白（BSA）分子的单层，有效厚度为1.91nm，并从溶液的体折射率单位的10-3变化中区分出来。检索到的实时传感器输出的噪声水平与传统的基于棱镜的表面等离子体共振传感器相比是有利的，但是使用明显更简单的共线传输几何形状和小型化的传感器足迹来实现。
2014-10-30 physics.optics
Design and modeling of an ultra-compact 2x2 nanomechanical plasmonic switch
提出了使用纳米机械间隙等离子体激元相位调制器的具有0.5 $μ$ m × 2.5 $μ$ m的覆盖区的2 × 2马赫-曾德尔光开关设计[arXiv：1410.0273]。通过机械致动的17 nm气隙中的间隙等离子体激元的强相位调制，实现了极小的占地面积和适度的光学损耗。在780 nm处的频域有限元建模表明，插入损耗为${\leq}$ 8.5 dB，消光比> 25 dB，所有端口的串扰> 24 dB。讨论了优化设计方法及其对几何参数的依赖性。
2014-12-18 physics.optics
Design and Analysis of Arc-Shaped Single Core Photonic Crystal Fiber Sensor Based on Surface Plasmon Resonance
本文设计了一种外覆传感材料的弧形单芯PCF-SPR传感器，利用FV-FEM分析金膜及Ta₂O₅涂层的影响，显著提升了灵敏度与分辨率。
2023-07-15 physics.app-ph physics.optics
Plasmonics as a fabrication tool
等离子体纳米光刻是一种利用表面等离子体产生亚衍射图案的纳米纤维技术。在这篇综述中，我们强调了等离子体纳米光刻的关键概念，回顾了开创性的论文，并提供了一个分类，可以在确定适当的方法和工具亚衍射图案。考虑到等离子体激元领域的持续发展，使用表面等离子体激元的光刻是用于开发高通量纳米制造技术的非常有前途的方法。
2020-06-20 physics.app-ph physics.optics
Quantum noise reduction in intensity-sensitive surface plasmon resonance sensors
我们研究了利用光子数具有对称统计特性的双模量子态来改进强度敏感的表面等离子体共振（SPR）传感器。为此目的，其中一种模式被发送到棱镜设置中，其中采用Kretschmann配置作为传感平台，并且待测量的分析物影响SPR激发条件。这种影响修改了随后由强度差测量方案分析的光的输出状态。我们表明，量子噪声的减少不仅是由于一个单一的模式的亚泊松统计性质，但也作为两个模式之间的光子数的非经典相关的结果。当与SPR传感器的高灵敏度相结合时，我们表明，使用双模量子态的光显着提高了分析物的折射率的估计精度。有了这个，我们能够确定一个明确的战略，以进一步提高SPR传感器的性能，这已经是一个成熟的技术在生物化学和医学传感应用。
2017-09-21 physics.optics quant-ph
Metal-coated microsphere monolayers as surface plasmon resonance sensors operating in both transmission and reflection modes
National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies（同位素和分子技术研究发展中心）；Institute for Interdisciplinary Research in Bio-Nano-Sciences, Babes-Bolyai University（巴比什-博约伊大学生物纳米科学交叉研究所）
本文提出银涂层聚苯乙烯微球单层作为表面等离子共振传感器，可在透射和反射模式下工作，通过使用200nm微球揭示了增强光学透射带，反射模式比透射模式更高效，实验验证了吸附物位置对传感效率的影响。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Nonlinear Surface-Plasmon Whispering-Gallery Modes in Metallic Nanowire Cavities
我们证明，表面二次谐波产生可以导致形成非线性等离子体回音壁模式（WGM）的金属纳米线制成的微腔。由于这些WGM是由诱导的表面非线性偶极子激发的，因此即使它们不耦合到辐射连续体，也可以产生它们。因此，这些非线性模式的品质因数可以与金属中的光学损耗所施加的理论极限一样大。值得注意的是，我们的理论分析表明，非线性等离子体WGM的特点是分数方位角模式数。这表明，这里研究的等离子体腔可用于产生具有分数角动量的多色光场。等离子体传感器的应用也进行了讨论。
2013-10-30 physics.optics
Key components for nano-assembled plasmon-excited single molecule non-linear devices
在等离子体激元激发的分子混合器件中，光-物质相互作用的极大增强允许在单个发射体和少量光子的水平上的非线性。这预示着大量的新应用，如单光子晶体管。然而，制造这种设备的组件在技术上极具挑战性。我们通过光刻制造片上等离子体激元波导来解决这一任务，通过低损耗电介质波导有效地连接到远场输入和输出耦合端口。此外，开发了纳米组装技术，使得能够控制单个有机发射器与等离子体激元波导的耦合。为此目的，研究了蒽晶体中的二苯并三萘荧光分子。在这里，我们提出了所有的关键组件和技术的等离子体激元激发单分子非线性装置。
2015-01-20 physics.optics
Effect of relative in-plane twisting in graphene bilayer on sensing using surface plasmon resonance
表面等离子体激元共振（SPR）通常通过在金属（Au/Ag）表面上激发表面等离子体激元来观察。为了将SPR现象用于传感应用，金属表面用合适的配体官能化。尽管这种功能化可以增强传感器的特异性吸附能力，但是由于配体的大厚度，金属表面的等离子体场对分析物的吸附变得不太敏感。在下一代基于SPR的传感器中，石墨烯不仅可以用作等离子体材料，而且可以用作通过π-π相互作用吸引分析物的合适配体。在这篇文章中，我们提出了我们的理论模拟研究的SPR现象的观察使用石墨烯单层（MLG），双层石墨烯（BLG）和BLG的平面扭曲层（T-BLG）作为等离子体材料沉积在硒化锌衬底。模拟了波长解调装置下的Kretschmann组态，估算了石墨烯体系/水界面的SPR波长。进行了生物传感模拟，并获得了不同石墨烯系统的传感参数，即灵敏度，品质因数（FOM）和等离子体激元场。有趣的是，在T-BLG系统中发现了优异的传感参数，其相对面内扭转角接近魔角，即1 °。这种增强是由于以魔角扭曲的层之间的强耦合。这项研究表明，单层，双层和扭曲的双层石墨烯可以作为一个独立的层系统，不仅产生等离子体场，而且由于其固有的π-π与生物分析物的相互作用，增强传感。
2022-12-19 physics.optics
Unravelling the role of waveguide-plasmon strong coupling, avoided crossing and natural weak value amplification on the enhanced Faraday effect in hybrid magneto-plasmonic systems
磁等离子体激元混合系统中磁光效应的增强由于其构建非互易纳米光子器件的潜力而引起了最近的广泛关注。定量地了解增强的基本来源和贡献机制对于优化应用至关重要。在这里，我们解开的法拉第旋转和椭圆率的巨大增强的混合磁等离激元系统，即，波导磁等离激元晶体与横向电（TE）和横向磁（TM）偏振光激发的明显不同的物理起源。在TE偏振激发下，表面等离子体激元不被直接激发，由于Fano共振的谱域干涉而出现的法拉第效应的自然弱值放大是增强的主要原因。对于TM偏振激发，另一方面，波导-等离子体激元强耦合及其避免交叉的普遍表现起着有趣的作用，导致在避免交叉制度中的磁光效应的最大增强。
2022-12-21 physics.optics
Designable spectrometer-free index sensing using plasmonic Doppler gratings
典型的基于纳米颗粒的等离子体指数传感器检测局域表面等离子体共振（LSPR）的光谱偏移时的环境指数的变化。因此，它们需要宽带照明和光谱仪。基于纳米颗粒的折射率传感器的灵敏度和灵活性通常是有限的，因为LSPR峰通常是宽的，并且光谱位置不能自由设计。在这里，我们提出了一个完全可设计的指数感测平台，使用等离子体多普勒光栅（PDG），它提供了宽带和方位角角度相关的光栅周期性。与LSPR不同的是，PDG折射率传感器是基于光子与表面等离子体激元之间通过光栅的晶格动量进行动量匹配。因此，折射率变化被转化为光子-等离子体激元耦合的面内方位角的变化，其表现为反射图像中可直接观察到的暗带。PDG可以自由设计，以最佳匹配特定应用的折射率变化范围。在这项工作中，我们展示了大（n = 1.00至1.52）和小指数变化（n = 1.3330至1.3650）的PDG指数传感器。清晰地观察到水-乙醇混合物的微小非线性折射率变化，并准确定量。由于PDG是一种色散器件，因此它可以在没有光谱仪的情况下进行现场和单色折射率检测，并为片上分析应用提供了一个有前途的光谱平台。
2019-08-15 physics.app-ph physics.optics
Experimental demonstration of fiber-accessible metal nanoparticle plasmon waveguides for planar energy guiding and sensing
实验证据的模式选择倏逝波功率耦合在电信频率与效率高达75%，从锥形光纤精心设计的金属纳米粒子等离子体波导。波导由一个二维的正方形晶格光刻定义的金纳米粒子的光学薄硅膜。利用光纤拉锥分析了波导的色散和衰减特性。功率传输到这些波导中的高效率解决了传统光学器件和等离子体激元器件之间的耦合问题，并且可以导致高效等离子体激元传感器和光学开关的发展。
2004-05-20 physics.optics
Graphene-plasmon polaritons: From fundamental properties to potential applications
由于在纳米器件中控制光的独特可能性，石墨烯等离子体为纳米光子学社区开辟了新的前景，在超材料，调制器，光电探测器和传感器中具有潜在的应用。本文简要综述了石墨烯等离子体激元研究的最新进展。我们首先对石墨烯的光学性质进行一般描述，特别关注石墨烯-等离子体激元的色散。空间扩展的石墨烯的石墨烯等离子体激元的色散关系表示在带内贡献的本地响应极限。在此基础上，我们讨论了石墨烯等离子体激元的最新研究进展，重点讨论了石墨烯等离子体激元的激发、极性衬底上石墨烯中的电子-声子相互作用以及可调谐石墨烯等离子体激元在调制器和传感器中的应用。最后，我们寻求解决石墨烯等离子体的一些明显挑战和有前途的前景。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design and Numerical Analysis of Hyperbolic Metamaterial Based Ultrasensitive E. Coli Sensor
本文提出一种基于Ag-Al2O3双曲超材料的超灵敏E. Coli传感器，利用时域有限差分法分析，在可见至近红外波段实现9000 nm/bacteria的极高灵敏度，适用于宽波段无标记检测。
2023-11-27 physics.optics
Efficient coupling of light to graphene plasmons by compressing surface polaritons with tapered bulk materials
石墨烯等离子体激元有望在纳米光子学和光电学方面得到令人兴奋的应用。然而，由于它们的波长极短，光子与石墨烯等离子体的有效耦合-对于未来设备的开发至关重要-可能具有挑战性。在这里，我们提出并数值演示了红外光子和石墨烯等离子体激元之间的耦合，通过压缩极性和杂质半导体材料的锥形块体板上的表面极化激元。表面声子极化激元（在SiC中）和表面等离子体极化激元（在n-GaAs中）沿着锥形板的传播将极化激元波长从几微米压缩到约200 nm，这与石墨烯等离子体的波长完美匹配。所提出的耦合装置允许将入射光子能量转化为石墨烯等离子体的25%，因此，可以成为通往石墨烯等离子体电路的有效途径。
2018-05-09 physics.optics
Numerical Analysis of a Highly Sensitive Surface Plasmon Resonance Sensor for SARS-CoV-2 Detection
在本文中，我们提出了一种表面等离子体共振（SPR）结构的基础上Kretschmann配置纳入层的硅和BaTiO $_3$上的银实时检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）使用巯基拴系的DNA作为配体。基于传输矩阵理论和时域有限差分（FDTD）技术进行了广泛的数值分析，以表征传感器的响应，考虑灵敏度，半峰全宽，和最小反射。与基本的Kretschmann配置相比，使用所提出的用于SARS-CoV-2检测的架构获得了约7.6倍的增强灵敏度。值得注意的是，该结构提供了一致的增强超过其他竞争SPR结构的角度和波长的询问与692.28的品质因数。此外，我们对各种配体-配体对进行了重复模拟，以评估适用范围，并观察到了稳健的性能改善。因此，所提出的传感器设计提供了一个合适的配置，高度灵敏，快速，非侵入性的生物传感，如果采用实验传感协议，可以是有用的。
2020-08-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
An Efficient and Compact Excitation of Surface Plasmons Using a Si Gable Tip
我们提出了一种新的技术，有效地激发表面等离子体激元（SPP）模式在金-玻璃界面利用近场激发工程高折射率（硅）山墙尖在电信波长。该结构理论上可以将49%的输入光功率转换为SPP模式。该装置是紧凑的，它将有助于芯片上的激发的SPP，其制造是兼容的标准硅制造工艺，因此，它预计将是有用的，在未来的集成传感器的设计。
2016-12-06 physics.optics
An antisymmetric plasmon resonance in coupled gold nanoparticles as a sensitive tool for detection of local index of refraction
一个nanofabricated耦合金纳米柱的规则阵列被用来检测不同液体的折射率使用的反对称等离子体共振峰的反射光谱中观察到的移位。峰值光谱的位置被发现是一个独特的功能的当地折射率为一个广泛的指数。我们讨论了所制造的纳米结构阵列在生物和化学传感器中的可能应用。
2006-03-31 physics.optics
The nature of transmission resonances in plasmonic metallic gratings
使用傅里叶模态方法（FMM），我们报告了我们的分析等离子体光栅的透射共振的亚波长周期和非常窄的狭缝的波长的入射，横向磁（TM）偏振，辐射范围从240 nm到1500 nm和入射角从0度到90度。特别是，我们研究的情况下，放置在真空中的银光栅。与以前的研究一致的主题，我们强调，非常传输的主要机制是TM-Fabry-Perot（FP）分支支持的波导模式内的每个狭缝。TM-FP分支还可以通过光栅的倒易晶格矢量在空气/Ag界面处与表面等离子体激元（SP）相互作用，持续与入射波长相当的周期。当TM-FP分支与SP分支交叉时，沿着SP色散的线形成带隙。该带隙在低频带边具有Fano-费什巴赫共振，在高频带边具有极长寿命的脊共振。我们讨论了这些色散特性的性质，特别是我们描述的脊共振的框架中的导模共振（GMR）。此外，我们阐明了在Rayleigh条件下TM-FP分支与SPs之间的耦合关系。我们还研究了两个典型例子中的场局部化和能量输运的特殊特性。
2010-10-18 physics.optics
Quantitative near-field characterization of Surface Plasmon Polaritons on nanofabricated transmission structure
等离子体近场的剪裁是纳米光子学领域的核心。场分布的详细知识对于等离子体传感器、探测器、光电子学、基于等离子体的电路、纳米操纵器、电光等离子体调制器和原子器件的设计和制造是至关重要的。我们报告近场观测和数值计算之间的完全定量比较，考虑到TM和TE偏振的强度分布，在所有这些领域的设备的建设是必要的。我们提出了近场扫描显微镜（NSOM）的结果表面等离子体激元（SPPs），激发线偏振照明金，nanofricated透射光栅。优化过程中进行的红外线，为未来的应用在冷原子捕获和等离子体传感。我们展示了SPPs的建立和传播的原位过程，并确认出平面分量不耦合到孔径型NSOM探针。
2020-07-04 physics.optics
Efficient coupling between dielectric waveguide modes and exterior plasmon whispering gallery modes
介电导模和等离子体激元模之间的低效率耦合在过去一直被忽视。它的耦合机理与传统的介电模间耦合有本质的不同。在定性理论分析的基础上，提出了两种增强介质波导模与外等离子体回音壁模耦合的方法。一种是利用U形弯曲波导来打破绝热模式转换过程，另一种是使高阶介电模与等离子体激元模达到相位匹配。波导的透射谱和谐振腔的能谱都表明，耦合效率可以得到很大的提高。这些简单的结构在可调谐集成光学器件、纳米激光器和传感器等方面具有广泛的应用前景。
2013-10-21 physics.optics
Surface plasmon resonance under conditions of electromagnetically induced transparency
提出了一种电磁感应透明（EIT）条件下的表面等离子体共振系统方案。该系统由三层组成：棱镜、金属薄膜和由EIT原子和背景物质组成的混合电介质。输入探针和耦合激光束。相应的解析公式推导的情况下，当一个或两个激光束激发表面等离子体激元在金属/电介质界面。在共振条件下，探测场的反射率-频谱出现了一个非常尖锐的凹陷，揭示了二维EIT的新特性。反射率对激光频率和原子能级的变化以及衬底介电常数的变化极其敏感。这种EIT-SPR系统可用于新型磁强计和生物传感器。
2011-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Manipulating the Interaction between Localized and Delocalized Surface Plasmon Polaritons in Graphene
纳米结构或外延石墨烯中局域或离域表面等离子体激元的激发由于其在传感器、开关和滤波器中的应用前景而引起了越来越多的关注。这些单一的共振可以耦合和有趣的光谱特征，可以通过利用所需的杂交。而到目前为止，只有本地化或离域表面等离子体激元之间的耦合已经研究了石墨烯纳米结构，我们认为在这里的本地化和离域表面等离子体激元之间的相互作用。这种相互作用可以通过两种不同的方案来实现，这两种不同的方案驻留在倏逝近场耦合或远场干涉上。所有可观察到的现象都得到了分析考虑的证实，为物理学提供了深入的见解，并为红外和太赫兹频率的紧凑和可调谐光学元件铺平了道路。
2014-05-30 physics.optics
A Flat Plasmonic Biosensing Interface on Optical Fiber End-Facet via SPP-MIM Hybridization
本文提出将SPP-MIM杂化超薄膜与等离激元晶体腔集成于单模光纤端面，同时实现高灵敏度与高重复性的生物分子检测，检测限低至30 fM，为光纤端面等离激元生物传感器的工业化应用提供了完整方案。
2024-10-19 physics.optics
Electronic readout of optically excited surface plasmons
本文利用金属纳米结构中表面等离激元热化引起偏置电流电阻变化的效应，实现了表面等离激元的全电子读出，可用于偏振测量和成像，并在超快时间尺度上探测热电子非平衡动力学，提出了一种完全 CMOS 兼容的集成传感器方案。
2024-12-20 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared surface plasmon polariton chemical sensing on fiber-coupled ITO coated glass
报道了一种新型的光纤耦合ITO涂层载玻片传感器，用于在3.5 μ m中红外范围内进行表面等离子体激元化学监测。高效的中红外光纤耦合与3D激光写入波导实现，玻璃波导模式到ITO SPP的耦合是由不同的水性分析物在由其分子指纹确定的异常色散范围内的不同相位匹配条件驱动的。通过使用中红外光纤超连续光源和半导体激光器，演示了SPP的激发。智能玻璃中的中红外SPP的有效光学监测可以在生物和化学传感中具有广泛的应用。
2016-04-19 physics.optics
Optimizing Gas Sensor Performance Using Bilayer Surface Plasmon System
本研究针对气体传感灵敏度提升问题，提出金银双层表面等离子体系统，通过数值计算与Kretschmann构型实验验证了其优于单一金薄膜的性能，同时指出银在金上构型存在腐蚀导致灵敏度下降的问题。
2024-08-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Plasmonic coupled-cavity system for enhancement of surface plasmon localization in plasmonic detectors
等离子体激元耦合腔系统由四分之一波长耦合器腔、谐振法布里-珀罗探测器纳米腔和非谐振反射器腔组成，用于增强等离子体激元探测器中表面等离子体激元的局部化。耦合器腔是基于传输线理论和波长缩放规则在光学制度的基础上设计的，而反射器腔是从非谐振腔结构来衰减等离子体波的传输。我们观察到强耦合的腔在模拟结果中，与86%的表面等离子体局域化实现的改善。等离子体激元耦合腔系统可以在纳米级光电探测器、传感器和各种等离子体激元电路器件的领域中找到有用的应用。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical detection of single non-absorbing molecules using the surface plasmon of a gold nanorod
目前用于单分子的光学检测方案需要光吸收，以产生荧光或直接吸收信号。这严重限制了可以检测到的分子的范围，因为大多数分子是纯折射的。金属纳米颗粒或介电共振器通过响应于折射率的局部扰动的共振位移来检测非吸收分子，但两者都没有达到单一蛋白质的灵敏度。迄今为止，最灵敏的等离子体传感器仅当等离子体位移被高度可极化的标记或通过颗粒表面上的局部沉淀反应放大时才检测到单个分子。在没有扩增的情况下，灵敏度仅允许单个分子的统计检测。在这里，我们展示了单分子的等离子体检测实时，而不需要标记或扩增。我们用灵敏的光热分析监测单个金纳米棒的等离子体共振，与最先进的等离子体传感器相比，灵敏度提高了约700倍。我们发现，传感器的灵敏度是固有的限制，由于光谱扩散的SPR。我们相信这是第一个纯粹通过折射率检测单个分子的光学技术，而不需要分子的光子吸收。金纳米棒的小尺寸，生物相容性和简单的表面化学性质可能为选择性和局部检测活细胞中的纯折射蛋白开辟了道路。
2012-01-27 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Experimental demonstration of high sensitivity refractive index sensing based on magnetic plasmons in a simple metallic deep nanogroove array
实验制作了一种高性能的宽角度折射率传感器，该传感器基于简单的一维（1D）高深宽比的金属深纳米槽阵列。1D深槽阵列的特征在于磁等离子体激元（MP）的激发，指的是入射电磁波与深槽内部感应的强磁响应的有效耦合。利用MP共振是非常敏感的周围的电介质，我们成功地实现了折射率灵敏度（RIS）高达$\sim$ 1300 nm/RIU，这是高于大多数实验设计的等离子体传感器在红外区域。重要的是，受益于与角度无关的MP共振与强约束的磁场内的深槽和强电场本地化的凹槽开口，我们展示了广角传感能力有效的宽带红外区域具有良好的线性依赖于折射率的变化。这种基于MP的传感器，加上其简单的一维平面性质和易于制造，具有很大的潜力，高灵敏度，成本效益和紧凑的传感设备的实际设计。
2020-03-06 physics.app-ph physics.optics
Significant loss suppression and large induced chirality via cooperative near- and far-field coupling in plasmonic dimer nanoantennas
本文提出近场与远场协同耦合策略，使等离激元二聚体纳米天线从局域弱耦合转变为集体强耦合，显著抑制损耗，在近红外实现品质因子高达3120，并可在非手性结构中诱导大手性响应。
2024-11-22 physics.app-ph physics.optics
Superradiance mediated by Graphene Surface Plasmons
我们证明了两个发射体之间的相互作用可以通过石墨烯中表面等离子体激元模式的有效激发来控制。我们认为石墨烯表面等离子体支持的二维石墨烯片或一维石墨烯带，显示在这两种情况下，发射器之间的耦合可以强烈增强或抑制。超和次辐射制度的反射和透射配置进行了研究。重要的是，在真空中由自由空间波长固定的发射器之间的耦合的长度尺度现在由石墨烯表面等离子体的波长确定，石墨烯表面等离子体的波长可以非常短并且可以经由栅极电压随意调谐。
2012-01-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
