Photon Upconversion with Hot Carriers in Plasmonic Systems
提出了一种利用等离子体激元热载流子能量实现光子上转换的新方案。低能光子激发等离子体纳米粒子中的热电子和热空穴，然后将其注入相邻的半导体量子阱中，在那里它们辐射重组以发射更高能量的光子。我们从理论上研究了建议的上转换方案，使用费米液体理论，并确定上转换量子效率高达25%，在5 nm的银纳米立方体。该上变频方案在其操作中是线性的，不需要相干照明，提供光谱可调谐性，并且比常规上变频器更有效。
2015-01-17 physics.optics
Superfluorescent upconversion nanoparticles as an emerging second generation quantum technology material
本文阐述镧系掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs）的超荧光（SF）现象作为第二代量子技术的定位，介绍其原理、优势及应用前景，并指出发展中的挑战、机遇与开放性问题。
2025-04-17 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Multiplexed structured illumination super-resolution imaging with time-domain upconversion nanoparticles
新兴的纳米尺度光复用技术通过利用均匀纳米颗粒的时域指纹显示出超强的信息编码能力。然而，光学衍射极限在宽场成像期间损害了纳米颗粒的解码吞吐量和准确性。这反过来又挑战了纳米颗粒的质量，以提供调制的激发条件，并进一步保留用于超分辨率复用的复用光学指纹。在这里，我们报告了一种量身定制的时域超分辨率方法，该方法使用经过寿命设计的上转换纳米颗粒进行多路复用。我们证明，纳米粒子是明亮的，均匀的，和稳定的结构照明下，支持横向分辨率为186 nm，小于1/4的激发波长。我们进一步开发了一种深度学习算法，以与超分辨率图像相协调，从而实现比数值算法更准确的解码。我们展示了一个三通道的子衍射极限成像为基础的光学复用与解码精度超过93%的每个通道，和大于60%的潜在的七通道复用的准确性。通过在光学极限内分辨颗粒，改进的分辨率提供了高通量，这使得空间中的多路复用能力更高。这种时域超分辨率复用技术为处理现代社会中日益增长的信息量、疾病源和安全风险开辟了新的视野
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Nonlinear Spectral Fusion Super-Resolution Fluorescence Microscopy based on Progressively Saturated Upconversion Nanoparticles
本研究提出计算渐进发射饱和纳米显微技术（CPSN），利用上转换纳米颗粒的非线性响应，结合单束环形激发光与深度递归残差网络（DRRN），实现33 nm空间分辨率和55 dB信噪比的超分辨成像，简化了光学系统并提升了成像质量。
2025-07-14 physics.optics
Efficient short-wave infrared upconversion by self-sensitized holmium-doped nanoparticles
针对镧系掺杂纳米颗粒激发波长局限于第二近红外窗口的问题，本文提出自敏化钬掺杂纳米转换器，扩展敏化至2μm短波红外并实现640nm上转换，通过调控掺杂与壳层及等离子体腔增强，获15.2%转换效率和32倍发射增益，推动多领域应用。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Core shell NaErF4 at NaYF4 upconversion nanoparticles qualify a NIR speckle wavemeter by a visible CCD
散斑图案已被广泛证实可以用来重建波长信息。为了获得更高的分辨率，人们对各种光扩散波导进行了研究，重点研究了它们的波长灵敏度。然而，在成本、体积、分辨率和稳定性之间达到平衡一直是一个挑战。本工作中，我们设计了一个紧凑的圆柱形随机散射波导（CRSW）作为光扩散器，仅通过混合二氧化钛颗粒和超紫外粘合剂。散斑图案是由光在CRSW中的多次散射产生的。重要的是，将上转换纳米颗粒（UCNP）的薄层喷涂在CRSW的端面上。这允许近红外（NIR）光被转换为可见光，从而打破可见光相机在NIR范围内的成像限制。我们进一步设计了一个卷积神经网络（CNN）来识别散斑图案的波长，具有良好的鲁棒性和良好的迁移学习能力，从而实现了在1550 nm附近的20 kHz（0.16 fm）的高分辨率，耐温性为2 ℃。我们的研究结果提供了一个低成本，紧凑，简单的近红外波长计，特别是超高分辨率和良好的温度稳定性。
2021-07-19 physics.ins-det physics.optics
Modeling upconversion of erbium doped microcrystals based on experimentally determined Einstein coefficients
红外光子的上转换是一种很有前途的可能性，通过从未使用的子带隙光子产生电力来提高太阳能电池的效率。为了描述近红外光子的上转换，我们提出了一个速率方程模型和相关的过程。该模型考虑了受激和自发过程，多声子弛豫和相邻离子之间的能量转移。该模型的输入参数是针对材料系统β-NaEr 0.2Y 0.8F4实验确定的。跃迁概率的确定，也被称为爱因斯坦系数，是参数化的重点。详细讨论了多声子弛豫和能量转移对上转换的影响。由于上转换是一个非线性的过程，辐照度的依赖性的模拟进行了研究和量子效率测量的实验数据进行比较。结果是非常有前途的，并表明上转换是物理上合理的速率方程描述。因此，所提出的模型将成为进一步模拟上转换各种应用的基础，例如与金属纳米颗粒中的等离子体共振相结合。
2012-01-20 physics.optics
Fluorescence Excitation by Enhanced Plasmon Upconversion under Continuous Wave Illumination
我们证明了有效的无背景连续波非线性光学激发的分子，夹在不对称构造的等离子体金纳米粒子簇之间。我们观察到，近红外光子转换为可见光光子通过有效的等离子体激元二次谐波产生。我们的理论模型和模拟表明，法诺共振可能是负责能够观察到使用连续波光源的非线性转换。我们表明，通过耦合量子力学振荡器，如分子等的等离子体纳米结构的非线性增强可以是几个订单相比，他们的经典同行。
2016-06-12 physics.optics
Plasmonic Nanoparticle-in-nanoslit Antenna as Independently Tunable Dual-Resonant Systems for Efficient Frequency Upconversion
East China Normal University（华东师范大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文研究了等离子体纳米粒子-纳米沟槽天线的双共振特性，通过独立调节中红外和可见光共振，提升非线性过程效率，发现新的共振模式以增强上转换效率。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multi-photon polymerization using upconversion nanoparticles for tunable feature-size printing
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本研究针对双光子打印依赖昂贵飞秒激光器的局限，探究基于上转换纳米颗粒的多光子聚合机制，证实可通过调节近红外功率在不改变聚合度的情况下调控体素尺寸，为低成本高速精细3D打印提供新路径。
2022-11-02 physics.app-ph physics.optics
Multi-photon super-linear image scanning microscopy using upconversion nanoparticles
本文提出超线性图像扫描显微术（SL-ISM），利用上转换纳米颗粒的发射非线性，以单个低功率连续波近红外激光突破传统ISM两倍分辨率限制，实现约120 nm分辨率，并提出多焦点并行检测策略提升成像速度。
2024-03-20 physics.app-ph physics.optics
Light-emitting diode excitation for upconversion microscopy: a quantitative assessment
镧系元素上转换纳米粒子（UCNPs）通常需要高功率激光激发。在这里，我们报告宽场上转换显微镜在单纳米粒子的灵敏度使用非相干激发的970 nm的发光二极管（LED）。我们表明，由于其广泛的发射光谱，LED激发是约3倍，有效的UCNP和产生高背景相比，激光照明。为了应对这一点，我们使用时间选通发光检测，以消除残留的背景从LED源，使个别UCNPs与高敏化剂（Yb 3+）掺杂和惰性壳保护成为明确确定在1.18 W cm-2的LED激发下，确认相关的电子显微镜图像。亲水性UCNP通过多糖包被经由简易配体交换方案获得，以证明使用LED激发的细胞摄取成像。这些结果表明，一个可行的方法来绕过与高功率激光器的限制时，应用UCNPs和上转换显微镜的生命科学研究。
2020-06-29 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Light focusing and additive manufacturing through highly scattering media using upconversion nanoparticles
本研究提出一种利用上转换纳米颗粒和波前整形的非侵入式高分辨率增材制造技术，通过近红外光聚焦穿过强散射介质，实现微米级打印，为组织工程提供新途径。
2023-10-30 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Enabling Highly Efficient Infrared Silicon Photodetectors via Disordered Metasurfaces with Upconversion Nanoparticles
本文提出将无序Mie-等离子体超表面与UCNPs集成，突破硅带隙限制，在1550 nm实现高响应红外探测并兼容CMOS。
2025-03-16 physics.app-ph physics.optics
Direct Laser Writing of Ferromagnetic Nickel Utilizing the Principle of Sensitized Triplet-Triplet Annihilation Upconversion
RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道理工大学）；Research Center OPTIMAS, RPTU University Kaiserslautern-Landau（OPTIMAS研究中心，凯泽斯劳滕-兰道理工大学）
本研究提出利用敏化三重态-三重态湮灭上转换原理，实现铁磁镍的直接激光写入，通过光化学脱氧、三重态湮灭和光还原工艺，在常温常压下成功制备铁磁镍结构。
2026-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Wide-field Decodable Orthogonal Fingerprints of Single Nanoparticles Unlock Multiplexed Digital Assays
控制单个纳米粒子的光学均匀性并在正交维度上调整其多样性，点到点，是解开纳米科学和应用的关键。在这里，我们报告的时域发射分布从单一的上转换纳米粒子，包括上升，衰减和峰值时刻的激发态人口（T2配置文件），可以任意调整的上转换方案，包括界面能量迁移，浓度依赖性，能量转移，和隔离的表面猝灭剂。这使我们能够显著提高纳米级的编码能力。我们进一步实施时间分辨宽场成像和深度学习技术来解码这些指纹，在高吞吐量下显示出高精度。这些高维光学指纹为从亚衍射极限数据存储、安全油墨到高通量单分子数字分析和超分辨率成像的应用提供了新的视野。
2020-11-15 eess.IV physics.app-ph physics.optics
A generalized approach to photon avalanche upconversion in luminescent nanocrystals
本研究针对现有光子雪崩纳米颗粒发射波长受限的问题，利用Gd3+辅助能量迁移调控其发射波长，实现多种离子的高非线性上转换，还可将雪崩行为赋予相邻荧光团，拓展了光子雪崩的应用场景。
2023-06-09 physics.optics
Plasmonic Gas Sensing based on Cavity-Coupled Metallic Nanoparticles
在这里，我们展示了腔耦合金属纳米颗粒系统的气体传感能力，包括金纳米颗粒与聚合物间隔物从金镜分离。相对湿度（RH）的增加导致间隔物膨胀，这引起纳米颗粒散射强度的显著降低，因为散射高度依赖于与纳米颗粒-反射镜距离密切相关的腔-纳米颗粒耦合。这种无光刻的结构使得在RH范围（45-75%）内具有0.12 dB/% RH和0.25 dB/% RH的显著平均灵敏度，具有优于0.5%RH的估计分辨率，具有完全可逆性和几乎零滞后，表现出显著的气敏潜力。
2017-03-24 physics.optics
Exciton-Plasmon Coupling Effects on the Nonlinear Optical Susceptibility of Hybrid Quantum Dot-Metallic Nanoparticle System
从理论上研究了在强控制场和弱探测场作用下，激子-等离子体激元耦合对金属纳米颗粒和半导体量子点相干耦合混合系统三阶光学非线性的影响.
2013-07-22 physics.optics
Design of metallic nanoparticles gratings for filtering properties in the visible spectrum
利用金属纳米颗粒中的等离子体共振来产生有效的光学滤波功能。采用有限元法对金属纳米颗粒光栅进行建模。该方法的准确性是通过比较数值计算结果与测量上的二维光栅的金纳米柱与椭圆截面。然后进行参数分析，以设计有效的过滤器与偏振相关的属性连同在可见光范围内的高透明度。纳米颗粒光栅的行为也使用麦克斯韦-加内特均匀化理论建模，并通过与单个纳米颗粒的衍射进行比较进行分析。所提出的结构旨在包括在光学系统中，可以找到创新的应用。
2015-10-13 physics.optics
Subwavelength plasmonic kinks in arrays of metallic nanoparticles
我们分析了非线性金属纳米粒子阵列的非线性效应。我们证明，这样的等离子体系统的特点是由一个无源响应，它们可以支持耗散开关波（或等离子体扭结）连接不同的极化状态的传播。我们数值研究了等离子体扭结的性质，其特征在于由一个亚波长的范围和可调的速度。
2012-05-31 physics.optics
A classical theory for second-harmonic generation from metallic nanoparticles
在这篇文章中，我们发展了一个经典的电动力学理论来研究金属纳米颗粒的光学非线性。将金属中的准自由电子近似为经典的库仑相互作用电子气，用等离子体方程描述它们在外电磁场激发下的运动。该理论进一步适用于研究二次谐波产生。通过详细的实验理论比较，我们验证了这一经典理论以及相关的数值算法。它表明，我们的理论不仅提供了定性的协议与实验，它也再现了实验观察到的二次谐波信号的整体强度。
2009-03-29 physics.optics
Surface second-harmonic from metallic nanoparticle configurations - a transformation optics approach
我们研究了由接触金属丝组成的奇异等离子体结构的表面二次谐波产生。我们使用的技术转换光学和相关的结构，而更简单的几何形状，平板波导。这使我们能够获得问题的分析解决方案，揭示丰富的物理见解。我们确定了各种条件下，管理的SHG效率。重要的是，我们的分析表明，除了模式匹配条件，相位匹配条件是相关的，即使是这种亚波长结构。此外，我们确定了一个几何因素，这是以前没有确定。我们支持我们的分析与数值模拟。
2019-03-18 physics.optics
Necessary conditions for out-of-plane lattice plasmons in nanoparticle arrays
金属纳米粒子阵列支撑的离面晶格等离子体激元（OLP）由于其非常窄的线宽和显著的局部场增强而具有广泛的应用前景。在这里，我们调查的必要条件，金属纳米粒子阵列，以实现OLP。结果表明，除了满足文献中提出的大高度、斜入射、TM极化等前提条件外，还应在一定范围内合理设计阵元周期，保证介质环境均匀，优化阵元高度和入射角。我们希望这项工作将促进理解和工程的金属纳米粒子阵列中的OLP，并促进其在纳米激光器，超灵敏的生化传感器，和非线性光学的应用。
2019-01-31 physics.optics
Unified Treatment for Scattering and Photoluminescence Properties of Strongly Coupled Metallic Nanoparticle Chains based on a Coupling Classic Harmonic Oscillator Model
提出了一个多聚体耦合的经典谐振子模型来研究金属纳米颗粒链的散射和光致发光特性。以粒子数1 ~ 6为例，将计算结果与其他研究者的实验结果进行了比较，两者吻合较好。此外，散射和PL性能进行了仔细分析，随着粒子数$n$，耦合强度$g$和有效自由电子数$N$。结果表明，随着$n$和/或$g$的增大，散射光谱的红移增大，半高宽减小.同时，随着$g$的增加，PL模的分裂也增加，且振幅与激发波长有关。这个经典的模型是简单的，并显示了一个统一的处理理解多聚体耦合系统的散射和PL性能。
2021-12-03 physics.optics
Anomalous Absorption in Arrays of Metallic Nanoparticles: A Powerful Tool for Quantum Dot Optoelectronics
贵金属纳米颗粒的周期性阵列是光子学中的象征性纳米结构。它们维持局部表面等离子体共振的能力多年来一直被用于证明各种被动和主动功能，例如偶极介质和LED中的增强发光以及光电导检测器中的更高响应度。在这里，我们表明，额外的磁共振，与感应电流回路之间的纳米粒子和访问与横向电波，出现在有限的密集阵列与亚波长周期。此外，它们与系统的等离子体激元的相互作用导致电磁诱导吸收（EIA）的光谱尖锐的类似物。我们使用这些超颖表面诱导PbS纳米晶体的有源层的发射、吸收、光电导和偏振特性的变化和增强，说明EIA超越文献中迄今为止展示的被动功能的潜力。
2022-07-21 physics.optics
Absorption and Plasmon Resonance of Bi-Metallic Core-Shell Nanoparticles on a Dielectric Substrate Near an External Tip
吸收效率的分布和局部表面等离子体共振（LSPR）波长的金属核-壳纳米粒子（NP）放置在BK 7玻璃基板。数值研究与矢量化版本的离散偶极子近似与表面相互作用（DDA-SI-V）。金（Au）和银（Ag）金属组分用于模拟两种不同的核壳结构。吸收增强和等离子体共振的核-壳结构的混合模式进行比较，通过使用定义的尺寸配置的措施。据观察，一个小的体积分数的核心尺寸的结果在壳的等离子体激元响应的支配。进行额外的研究以辨别纳米颗粒在不同周围环境中的折射率的灵敏度。对于银核-金壳和金核-银壳纳米粒子，在选定的核-壳尺寸结构下，观察到银核-金壳和金核-银壳纳米粒子的LSPR波长红移。还分析了裸露的金属纳米颗粒和所选的核-壳对在外部探针附近的吸收行为。利用横向电场（TE）和横向磁场（TM）波极化研究了磷化镓（GaP）和硅（Si）AFM针尖的使用。据观察，光偏振的吸收增强的NPs开关在不同的波长，其中尖端材料的介电转变发生的优势。这些发现显示了金属核-壳纳米颗粒在几个领域的可能目标用途，如纳米制造，局部加热，生物传感和材料检测应用。
2019-10-10 physics.optics
Plasmonic Effect on the Population Dynamics and the Optical Response in a Hybrid V-Type Three-Level Quantum Dot-Metallic Nanoparticle Nanosystem
研究了金属纳米粒子（MNP）和V型三能级半导体量子点（SQD）组成的混合纳米系统中激子-等离子体激元耦合对粒子数动力学和吸收特性的影响.在这样的混合纳米系统中，SQD的激子和MNP的等离子体激元可以强耦合或弱耦合，以展示混合系统的新特性。我们的研究结果表明，由于激子-等离子体激元耦合，杂化纳米系统的非线性光学响应可以大大增强或降低。
2016-04-18 physics.optics
Modified optical absorption of molecules on metallic nanoparticles at sub-monolayer coverage
在金属纳米结构附近的分子的增强的光学吸收是许多表面增强光谱学的关键，并且对等离子体激元学和纳米光学领域具有极大的普遍兴趣。然而，长期以来，对这种吸收的实验研究一直是难以捉摸的。在这里，我们提出了直接测量的固有吸光度的染料分子吸附到银纳米球，至关重要的是，在亚单层浓度的染料-染料相互作用变得微不足道。随着等离子体共振的大失谐，分子共振的明显位移和加宽揭示了与金属胶体接触的染料的固有性质，与经常研究的染料分子的光学性质不能被隔离的强耦合制度相反。这些变化的观察以及常规测量它们的能力在解释涉及金属表面上的共振分子的实验中具有广泛的意义，例如表面增强光谱和分子等离子体的许多方面。
2015-09-24 physics.optics
Interactions in Rare Earth Doped Nanoparticles: A Multi-Transition, Concentration, and Excitation Path Analysis
本研究针对稀土掺杂纳米材料的能量转移机制问题，通过速率方程模型分析不同浓度、激发路径下Y₂O₃纳米粒子中Yb³⁺、Er³⁺的发光动力学，为相关材料的性能优化提供了可靠的预测框架与参考。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metallic nanoparticle on micro ring resonator for bio optical detection and sensing
我们研究了金属纳米颗粒对环形谐振器的独特影响，特别是多个Au纳米颗粒对片上四端口结构的微环形谐振器的影响。对于Au纳米颗粒，由于其具有比空气小的真实折射率和大的吸收折射率，我们发现其环形谐振波长发生了蓝移，而不是通常观察到的介电纳米颗粒的红移。滴口强度强烈地依赖于纳米颗粒的数量和尺寸，而与纳米颗粒的位置相对无关。还讨论了Au的穿透深度与共振模式倏逝尾之间的相关性，以揭示Au纳米颗粒用于检测、传感和纳米医学的独特性质。
2010-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancement of two photon processes in quantum dots embedded in subwavelength metallic gratings
我们显示了一个大的增强的双光子吸收过程中的InAs量子点和光上转换效率从红外到近红外光谱制度，使用混合光学器件，其中近红外发射InAs量子点嵌入在顶部的金属纳米狭缝阵列。这些非线性光学过程的共振增强是由于纳米缝阵列结构内部在非常透射共振处的强局部电磁场增强。一个最大的双光子吸收增强超过20推断。不同的高场区域被确定为不同的偏振，这可以用于设计和优化这种混合结构中的有效的非线性过程。因此，将半导体量子点与亚波长金属纳米结构相结合是一种很有前途的方法，可以用于一系列可能的非线性光学器件。
2010-11-17 physics.optics
Photon antibunching control in a quantum dot and metallic nanoparticle hybrid system with non-Markovian dynamics
从理论上研究了在非马尔可夫体系中，置于金属纳米颗粒（壳层或固球）附近的量子点发射光子的光子数统计特性.在模型中，量子点被看作是一个具有两个跃迁通道的λ型InAs三能级系统。其中一个通道由极化的经典场驱动，而两个通道耦合到等离子体激元模。与纳米球相比，纳米壳的等离子体共振模式通过控制核和包埋介质的厚度和材料在所需频率下可调谐。结果表明，从所考虑的混合系统的发射光子是反聚束。此外，所发射光子的反聚束行为可以通过系统的几何参数（即，量子点-金属纳米颗粒分离距离）以及系统的物理参数（包括量子点跃迁相对于表面等离子体激元模式的失谐频率和偏振驱动场的拉比频率）来控制。此外，所研究的系统有可能成为一个高度可控的单光子源。
2018-06-07 physics.optics
Unified Treatment for Scattering, Absorption, and Photoluminescence of coupled Metallic Nanoparticles with Vertical Polarized Excitation
本文研究垂直偏振激发下两个耦合金属纳米颗粒的散射、吸收和光致发光光谱，揭示其三个耦合系数、正耦合项及峰蓝移等独特性质，并通过实验对比验证模型有效性。
2022-10-27 physics.optics
Metallic nanoparticles-decorated NdxY1-xAl3(BO3)4 sub-micrometric particles to enhance anti-Stokes excitation performance
本研究利用金属纳米颗粒的光热效应加热NdxY1-xAl3(BO3)4亚微米颗粒，显著增强了1064 nm反斯托克斯激发效率，并观察到750 nm处最强上转换发射。
2023-06-20 physics.optics
Plasmonic resonances in the chain of spheroidal metallic nanoparticles on the dielectric substrate
本文在局域场近似下研究介电基底上长椭球金属颗粒链的等离激元共振，推导横向链极化率与共振频率，分析谱移及材料和介电环境影响，并确立理论适用范围。
2024-12-30 physics.optics
Tunable plasmon polaritons in arrays of interacting metallic nanoparticles
我们考虑一个简单的立方体阵列的金属纳米粒子支持扩展的集体等离子体激元，产生于近场偶极相互作用之间的局部表面等离子体激元在每个纳米粒子。我们开发了一个充分的分析量子理论的强耦合制度之间的这些集体等离子体激元和光子导致等离子体激元的纳米粒子阵列。值得注意的是，我们表明，极化激元带隙和超材料的介电函数可以显着调制光的偏振。我们揭示了等离子体超材料中的这种各向异性行为是如何通过纳米颗粒之间的偶极相互作用来介导的，尽管底层晶格是对称的。因此，我们的研究结果铺平了道路，实现可调谐量子等离子体超材料呈现相互作用驱动的双折射。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Extraordinarily transparent compact metallic metamaterials
金属是高度不透明的，但我们表明，密集排列的金属纳米颗粒阵列可以比锗等锗更透明的红外辐射，即使是超过75%的金属体积的阵列。尽管金属颗粒之间存在强相互作用，但这些阵列形成了实际上无色散的有效色散，使得在从几微米到毫米或更大的超宽带波长范围内消色差的光学部件的设计成为可能。此外，局部折射率可以通过改变纳米颗粒的尺寸、形状和间距来调整，从而允许设计在微米尺度上引导和聚焦光的梯度折射率透镜。电场也强烈地集中在金属纳米颗粒之间的间隙中，并且电场的同时聚焦和挤压产生了强的“双重增强”热点，这可以在很宽的频率范围内提高使用红外光谱和其他非线性过程进行的测量，同时产生最小的热量。
2018-11-21 physics.optics
Tuning the plasmon resonance of metallic tin nanocrystals in Si-based materials
研究了金属锡纳米粒子嵌入硅基基质材料的光学性质。采用射频磁控溅射法制备含有纳米颗粒的薄膜，然后进行非原位热处理。用透射电子显微镜测定了纳米粒子的形状和尺寸分布，发现纳米粒子都是球形的金属锡粒子，当以SiO2和非晶硅为主体材料时，观察到纳米粒子中存在局域表面等离子体共振。光学光谱显示，局部表面等离子体共振是在约5.5 eV的锡纳米粒子在SiO2，在约2.5 eV的非晶硅。SiO2中的锡纳米颗粒的尺寸可以通过改变薄膜的锡含量来改变;这被用来调节局部表面等离子体共振。
2010-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optically Thin Metallic Films for High-radiative-efficiency Plasmonics
等离子体激元技术使光的深亚波长集中成为可能，并且对于基础研究以及实际应用已经变得重要。等离子体激元的两个主要现有平台是金属纳米颗粒和金属膜。金属纳米颗粒允许有效耦合到远场辐射，但它们的合成通常导致材料质量差。金属薄膜提供了高质量的材料，但由于与自由空间的大动量失配，它们与辐射的耦合通常会受到危害。在这里，我们提出并从理论上研究光学薄金属薄膜作为一个理想的平台，高辐射效率的等离子体。对于远场散射，添加薄的高质量金属衬底能够实现更高的品质因数，同时保持纳米颗粒提供的定位和可调谐性。对于近场自发发射，高质量或非高质量的薄金属衬底极大地改善了发射器环境与传播表面等离子体之间的场重叠，从而即使在间隙尺寸消失（3 $\sim$ 5 nm）时也能够实现高Purcell（总增强> $10^4$）、高量子产率（> 50%）自发发射。该增强具有几乎空间独立的效率，并且不遭受通常存在于先前结构中的淬灭效应。
2016-06-14 physics.optics
Design of Optical Metamaterial Mirror with Metallic Nanoparticles for Broadband Light Absorption in Graphene Optoelectronic Devices
一般的金属镜（即，平坦的金属表面）已经是一种流行的光学元件，其可以对薄膜光电子器件贡献宽带光吸收;然而，这种具有反射相位反转的电反射镜不可避免地导致在反射镜表面附近最小化电场的问题（在距离反射镜的四分之一波长处最大化电场）。当深亚波长尺度的二维（2D）材料（例如，石墨烯和二硫化钼）作为有源沟道层实施到光电子器件中。这项工作的目的是构思使用浮栅石墨烯光电探测器的电荷存储层（嵌入电介质基质中的球形Au纳米颗粒（AuNP））作为磁镜的想法，这使得该设备能够利用宽带光吸收的增加。特别地，我们系统地检查了球形AuNP单层在介电基质内的多功能组装（即，光学超材料反射镜），其应该被设计为放置在用于浮栅器件的石墨烯沟道层的正下方，实际上可以被视为有效的磁反射镜。除了能够增强宽带光吸收之外，得益于化学合成的最新进展，对AuNP的各种结构基序的通用访问为光学超材料镜的复杂工程提供了令人信服的机会。AuNP组装与光刻相关程序的高度可操作性可以使该策略广泛适用于各种薄膜光电子器件。因此，我们的研究表明，在推进深亚波长尺度的光电子器件内的光-物质相互作用的合理工程的反射镜的设计的优势。
2015-03-31 physics.optics
Radiative heat transfer between metallic nanoparticles
在这封信中，我们研究了近场和远场两个纳米粒子之间的辐射传热。我们发现，电介质颗粒的热传递主要是由电偶极-偶极相互作用，金属纳米颗粒的热传递主要是由磁偶极-偶极相互作用。我们引入极化率公式适用于任意值的趋肤深度。虽然金属和介电纳米粒子的传热机制是不同的，我们表明，距离依赖性是相同的。然而，热通量对颗粒半径的依赖性是不同的。
2008-03-06 physics.atm-clus physics.class-ph physics.optics
Competition between extinction and enhancement in surface enhanced Raman spectroscopy
共轭金属纳米粒子是一种很有前途的手段，以实现超灵敏和多路传感在完整的三维样品，特别是生物应用，通过表面增强拉曼散射（SERS）。我们发现，增强和消光是相互联系的，并在金属纳米粒子的集合竞争。与直觉相反，当纳米颗粒在其等离子体共振下被激发时，拉曼信号消失，而在非共振激发下增加纳米颗粒浓度有时会导致信号降低。我们开发了一个有效的介质理论来解释这两种现象。指出了激发波长、单个粒子增强因子和浓度的最佳选择。
2013-03-01 physics.optics
Cloaking dielectric spherical objects by a shell of metallic nanoparticles
我们表明，介电球体可以被非晶排列的金属纳米颗粒的外壳所掩盖。球壳是一种人工介质，具有可调的有效特性，可以调整，使得球壳和球的散射信号几乎相互抵消。我们提供了一个分析模型的斗篷设计，并证明数字斗篷按要求操作。我们表明，超过70%的球的散射信号可以被抑制在设计波长。公开了当与其它实施方式相比时这种斗篷的优点和缺点。
2011-02-17 cond-mat.other physics.optics
Single metallic nanoparticle imaging for protein detection in cells
我们使用基于光热干涉对比度的全光学方法，对细胞中用10 nm金纳米颗粒标记的膜蛋白进行了可视化。该方法的高灵敏度和信号的稳定性允许单个纳米颗粒的3D成像，而没有荧光标记固有的光漂白和闪烁的缺点。一个简单的分析模型推导出占信号幅度和空间分辨率的测量。光热干涉对比法提供了一种有效的，可重复的，并有前途的方式来可视化细胞中的少量蛋白质的光学手段。
2007-04-28 physics.bio-ph physics.optics
Single and double ultrashort laser pulse scattering by spheroidal metallic nanoparticles
在动力学方法的框架下，发展了超短激光脉冲在金属纳米粒子表面等离子体共振区的散射理论。对于球形颗粒，光散射截面对颗粒的形状，载波频率，脉冲持续时间，和其他因素的依赖性进行了研究。此外，还考虑了金属小粒子与双超短脉冲的相互作用。在这种情况下，当脉冲之间的时间延迟改变时，由粒子散射的能量表现出振荡行为。当粒子尺寸接近于自由电子路径长度时，特别注意粒子表面的贡献，并指出了非球形粒子的动力学方法与Mie理论之间的差别。
2014-12-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anderson localization in metallic nanoparticle arrays
安德森局域化已经在各种类型的波中被观察到，例如物质波、光波和声波。在这里，我们揭示了安德森局域化的效果也可以诱导在金属非线性纳米粒子阵列由随机电驱动场激发。我们发现偶极诱导的非线性导致偶极强度在演化过程中的弹道膨胀，而外部驱动场的随机性可以抑制这种膨胀。将随机性强度增加到阈值以上，可以在金属纳米颗粒阵列中产生偶极强度的局部图案。通过统计分析，偶极子的平均强度分布揭示了安德森局域化的形成。我们进一步表明，产生的安德森局域化是高度受限的，其大小下降到入射波长的尺度。所报道的结果可能有助于在波长尺度上操纵电磁场。
2016-07-28 nlin.PS physics.optics
Optical and thermal effects in the neighborhood of the spherical layered nanoparticle of the "metallic core -- J-aggregate shell'' structure
本文推导了金属核—J-聚集体壳纳米粒子的极化率关系，揭示其吸收、散射、加热和电场增强均呈现三个杂化等离激元-激子共振峰，并探讨了其在肿瘤光热治疗中的应用。
2024-01-17 cond-mat.soft physics.optics
Plasmon polaritons in cubic lattices of spherical metallic nanoparticles
我们从理论上研究了球形金属纳米颗粒立方晶格中的等离子体激元。纳米颗粒，每个支持三重简并局部表面等离子体，通过库仑偶极-偶极相互作用耦合，产生在整个超材料上延伸的集体等离子体。后者与光子杂交形成等离子体激元，这是系统的混合光-物质本征模。我们推导出一般的解析表达式来评估等离子体激元和等离子体激元极化激元色散，以及相应的本征态。这些都是在一个哈密顿形式主义，它考虑到在纳米粒子之间的偶极相互作用的延迟效应，并考虑纳米粒子的介电性能以及它们的周围。在这个模型中，我们预测极化分裂在近红外可见光范围内的电磁波谱，依赖于极化，晶格对称性和波矢方向。最后，我们表明，我们的模型的预测是在良好的定量协议与传统的有限差分频域模拟，但与分析的洞察力和显着降低计算成本的优势。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantized plasmon modes for metallic nanoparticles of arbitrary shape with a generic dielectric function
University of Padova（帕多瓦大学）
提出一种基于实验介电函数、适用于任意形状金属纳米颗粒的等离激元模式量子化方法，正确再现准静态极限下的宏观极化，并实现与量子化学分子描述的耦合，为精确建模强耦合等离激元-分子系统奠定基础。
2026-06-19 physics.chem-ph physics.optics
Photothermal Heterodyne Imaging of Individual Metallic Nanoparticles: Theory versus Experiments
我们提出了光热外差成像的理论和详细的实验表征。利用光在起伏介质中的散射理论，导出了光热外差信号的解析表达式。在向后和向前配置中检测到的信号的幅度进行比较，并研究它们的频率依赖性。讨论了光热外差探测技术在单个金纳米颗粒吸收光谱中的应用，并演示了对小的单个银纳米颗粒的探测。
2007-04-28 cond-mat.other physics.atm-clus physics.optics
Quantum theory of plasmon polaritons in chains of metallic nanoparticles: From near- to far-field coupling regime
我们开发了一个量子理论的等离子体激元链的金属纳米粒子，描述近场和远场粒子间的距离，包括等离子体光子Umklapp过程。考虑到纳米粒子之间的长程偶极-偶极相互作用的延迟效应，这是由等离子体自由度耦合到光子连续引起的，我们揭示了系统的正常模式的极化激元性质。我们计算的色散关系和辐射线宽，以及本征模的群速度，并比较我们的数值结果经典电动力学计算内的点偶极子近似。有趣的是，极化激子激发的群速度呈现出几乎周期性的符号变化，并且被发现通过修改纳米颗粒之间的间距是高度可调的。我们表明，远离与自由光子色散的等离子体本征频率的交叉点，光-物质相互作用的解析微扰处理与我们完全延迟的数值计算非常吻合。通过对Hopfield系数的分析，我们进一步定量地研究了光激发和物质激发的杂化。最后，我们考虑无限间距的纳米粒子的限制，并讨论了一些最近的结果，可以在文献中找到的单个纳米粒子。
2021-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonradiative limitations to plasmon propagation in chains of metallic nanoparticles
我们研究了由近场相互作用耦合的金属纳米颗粒链中的集体等离子体激元模式。用开放量子系统方法解析计算了与尺寸和动量有关的非辐射朗道阻尼和辐射衰减率。这些衰减率决定了激发沿链的传播。特别地，作为等离子体激元波长的函数的辐射衰减速率的行为导致从短距离的集体激发的指数衰减到大距离的代数衰减的转变。重要的是，我们表明，指数衰减是一个纯粹的非辐射起源。我们的透明模型使我们能够提供沿链的偏振相关的等离子体激元激发分布和相关的传播长度的解析表达式。我们的理论分析构成了一个重要的一步，在寻求最佳条件的纳米粒子链中的等离子体传播。
2016-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Artificial Kerr effect on the self-focusing of laser in a dissipative suspension of metallic nanoparticles
研究了激光束在耗散纳米颗粒悬浮液中的自聚焦现象。考虑了在初始高斯分布的激光场中，纳米粒子极化率的虚部对光学力的影响，进而对粒子重排的影响。结果表明，考虑到波的吸收，导致沿波传播方向的光力的产生，可以导致纳米颗粒的密度纵向分布。考虑到由于电子受到有质动力作用而导致折射率不均匀性产生的正常克尔效应和粒子受到偏振光力作用而产生的人工克尔效应所引起的振幅五阶非线性，用非傍轴方法导出了描述激光束非线性稳态演化的微分方程组。研究了不同频率下激光光斑尺寸的变化规律，确定了改善聚焦性能的最佳频率范围。结果表明，人工克尔效应导致粒子在传播轴附近的集中，可以降低发生自聚焦的阈值功率。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
