Evaluation of surface roughness of metal films using plasmonic Fano resonance in attenuated total reflection
利用表面等离子体激元（SPP）进行衰减全反射（ATR）是一种从反射光谱中的凹陷位置来评估SPP的色散关系的方法。然而，最近的研究表明，下降从SPP共振中被取代，因为它们是由一种Fano共振产生的，即，SPP共振激发时的共振反射过程与非共振激发时的直接反射过程之间的干扰。这一结果表明，很难实现的系统性能的分散关系的SPP可以使用ATR方法进行表征。在这项研究中，我们调查的表面粗糙度的影响，由于在点蚀的初始阶段创建的纳米级凹坑的ATR光谱，从法诺共振的观点。使用时间耦合模方法，它表明，在ATR的Fano共振是由直接反射的相位变化，因为在金属表面上的吸收引起的，和光谱形状由这个相位，以及外部（辐射）衰减率的比率共振模式的总衰减率确定。此外，它被澄清，从ATR光谱中提取的内部和外部衰减率提供腐蚀信息，如金属膜的有效厚度和凹坑分布的随机性。
2019-09-15 physics.optics
Photon-pair production at the nanoscale with hybrid nonlinear/plasmonic antennas
光子对纳米粒子的集成是量子技术的一个重大挑战。在这种情况下，我们开发了一种形式主义的自发参数下转换的混合结构，结合等离子体共振和固有的非线性的调查。使用量子和数值的方法，我们定量评估现实的实验配置的光子对相关测量。嵌入小纳米晶体的混合结构允许与单独的相同光子晶体相比，光子对产生的$10^{3}$倍数增加，并且光子对产生效率接近迄今为止的最佳源。
2018-06-21 physics.optics
Nanoscale plasmonic circulator
在这里，我们提出了一个概念性的方法设计的超紧凑的纳米级无源光环行器的激发等离子体共振的基础上。我们研究了一个三端口的Y-结与深亚波长等离子体纳米棒结构集成到其核心。我们从理论上表明，这种结构沉浸在磁光介质可以作为磁可调散射倾斜和旋转其近场分布和相应的辐射。我们证明，使用数值模拟，这种旋转的近场辐射产生的结臂和结构之间的耦合的对称性，以这样的方式，从任何三个端口发射的信号主要是传输到下一个端口在圆形顺序，而其他端口基本上是孤立的，从而提供具有亚波长尺寸的光环行器的功能。
2013-02-21 physics.optics
Determination of Nanoscale Mechanical Properties of Polymers via Plasmonic Nanoantennas
纳米技术和随之而来的微型设备的出现正在推动我们对无数材料的机械性能的理解。在这里，我们专注于无定形聚合物材料，并介绍了一种新的方法来确定纳米级的机械响应的聚合物薄膜在GHz范围内，使用超快光学手段。耦合的膜的等离子体激元纳米天线在其振动本征频率激发允许提取的机械模量的值，以及通过时域测量的玻璃化转变温度的估计，这里证明为PMMA膜。这种纳米尺度的方法可以扩展到广泛的空间强约束材料的机械和弹性性能的测定。
2021-08-25 physics.optics
Plasmonic Anti-Hermitian Coupling for Controlling Light at the Nanoscale
由耦合束缚态和连续态组成的开放量子系统已经在各种物理系统中被研究，特别是在核、原子和分子物理学的范围内。在开放系统中，连续谱衰变通道的影响可以通过准束缚态之间的间接非厄米耦合来解释。在这里，我们探讨反厄米耦合等离子体系统的空间操纵光在纳米尺度上。我们表明，通过利用反厄米耦合，等离子体天线紧密包装在只有λ/15的间距可以单独激发从远场，否则彼此无法区分。
2012-09-20 physics.optics
Giant second harmonic generation by engineering of double plasmonic resonances at nanoscale
我们研究了Ag包覆的LiNbO 3（LN）核壳纳米立方体的二次谐波产生（SHG），发现通过故意设计的双等离子体共振可以发生巨大的SHG。通过控制长宽比，我们可以同时调谐基波和倍频信号，使其与纵、横等离子体模式相匹配，实现了倍频信号的巨大增强，与裸LN纳米长方体相比增强了5个数量级以上，与仅采用单等离子体共振的情况相比增强了约1个数量级。潜在的关键物理是双共振纳米颗粒能够极大地增强入射FW能量的捕获和收获，有效地将光能从FW内部转移到SHW，以及大大提高将SHG能量从纳米颗粒传输到远场区域的功率。所提出的双共振纳米结构可以作为一个有效的亚波长相干光源，通过SHG和实现灵活的工程在纳米尺度上的光-物质相互作用。
2014-05-06 physics.optics
Hybrid KTP-plasmonic nanostructures for enhanced nonlinear optics at the nanoscale
寻求用于非线性光学过程的小型化元件需要一种方法来克服由于有源介质的有效尺寸减小而导致的效率损失。我们在这里调查的纳米尺寸的非线性电介质晶体和金属纳米天线，受益于非线性介质的固有的非线性转换效率和局部场增强金属纳米结构中的等离子体共振的组合。实验和数值模拟之间的仔细比较揭示了所观察到的隔离元件和它们的混合结构之间的二次谐波产生强度的10至1000倍增强可以明确地归因于金晶体结构的非线性晶体上的等离子体共振的场增强效应，而在铝基混合结构中观察到的增强归因于等离子体天线上的线性介电效应。
2020-01-20 physics.optics
Towards nanoscale multiplexing with parity-time symmetric plasmonic coaxial waveguides
本文从理论上研究了一种基于奇偶时间对称同轴等离子体波导的纳米级模分复用方案。同轴波导支持对应于不同轨道角动量状态的成对简并模式。PT对称的增益和损耗的包含打破了成对模式的简并，并创建新的混合模式没有轨道角动量。通过使模阶数与同轴环内的增益和损耗部分的数量相匹配，可以使该过程无阈值。使用两个哈密顿公式和简并微扰理论，我们展示了如何波矢和字段的演变增加的损失/增益，并推导出无阈值过渡的充分条件。作为一个多路复用滤波器，这种PT对称同轴波导可以帮助在芯片上的纳米光子网络的密度率加倍。
2016-01-06 physics.optics
Finite element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides
我们发展了一种自洽有限元方法来研究等离子体波导在纳米尺度附近的自发发射。在该模型中，假设只有一个导模是由量子发射体主导激发的。利用这样一个主导模式假设，等离子体激元波导的截面可以是任意的。我们应用我们的数值方法来计算一个量子发射器的耦合到一个圆柱形纳米线和一个矩形波导，并比较圆柱形纳米线以前的工作有效的准静态近似。耦合到等离子体激元模式的能量的分数可以被精确地计算，其可以用于确定量子发射器的单个光学等离子体激元产生效率。对于金纳米线，我们观察到的协议与准静态近似的半径低于20 nm，但对于更大的半径的总衰减率高达10倍大。对于矩形波导，我们估计自发发射因子β的最佳值高达80%。
2009-09-26 physics.optics
Coupling Spin Defects in a Layered Material to Nanoscale Plasmonic Cavities
六方氮化硼中的自旋缺陷，特别是带负电荷的硼空位（VB）中心，是量子传感的新兴候选者。然而，VB缺陷的量子效率低，因此表现出弱的光致发光。在这项工作中，我们展示了一种可扩展的方法，通过耦合到等离子体间隙腔来显着增强VB-发射。等离子体腔由平坦的金表面和银立方体组成，其间放置有几层hBN薄片。采用这些等离子体腔，我们提取了两个数量级的光致发光增强与光学检测的磁共振对比度相应的2倍增强。这项工作将是关键的进展，量子传感采用二维材料，并实现纳米光子器件与自旋缺陷的六方氮化硼。
2021-08-05 physics.optics
Mapping nanoscale hotspots with single-molecule emitters assembled into plasmonic nanocavities using DNA origami
制造纳米腔，其中光学活性的单量子发射器被精确定位，是至关重要的构建纳米光子器件。在这里，我们表明，自组装的基础上强大的DNA折纸结构可以精确地定位单分子横向之间的等离子体基片，支持强烈的光学约束之间的子5nm的间隙。通过将单分子放置在纳米腔的中心，我们示出了漂白发色团之前和之后的等离子体共振的修改，并且获得了具有高量子产率（$\geq50$ %）的$\geq4\times10^3$的增强。通过改变分子在带隙中的横向位置，我们直接绘制了局域光学态密度的空间分布，分辨率为$\pm1.5$ nm。我们的方法引入了一种简单的非侵入性方法来测量和量化纳米尺度上的受限光学模式。
2017-10-30 physics.optics
Plasmonic Antennas as Design Elements for Coherent Ultrafast Nanophotonics
等离子体激元的相干宽带激发将超快光子学带到纳米级。然而，为了充分利用这种超快纳米光子应用的潜力，随意设计和控制等离子体系统的超快响应的能力至关重要。在这里，我们开发了一个框架，系统的控制和测量超快动力学的近场热点。我们展示了飞秒时间尺度下等离子体天线相干响应的确定性设计。利用耦合天线配置的新兴特性，我们使用校准的天线来设计超快等离子体的两个广受欢迎的应用：亚波长分辨率相位整形器和超快热点开关。此外，我们表明，混合本地化共振的有损等离子体激元粒子是纳米级相干控制背后的机制。这种简单，可重复和可扩展的方法有望将超快等离子体转变为一种直接的工具，用于室温量子光学，纳米级固态物理和量子生物学等领域。
2012-11-05 physics.optics
Plasmonics with a Twist: Taming Optical Tornadoes on the Nanoscale
本章讨论了一种受流体力学启发的方法来捕获和操纵等离子体纳米结构中的光，该方法基于引导纳米障碍物周围的光学功率流。等离子体纳米聚焦机制的新见解是通过调用“光子流体”（PF）的类比获得的。通过适当的纳米结构设计，PF动能可以通过对流加速局部增加，然后转化为“压力”能量以产生高场强的局部区域。特别是，被捕获的光可以被塑造成光学漩涡--像龙卷风一样的能量通量圆周运动的区域--连接成类似传输的序列。在电磁理论术语中，这种方法是基于倏逝场的无辐射电磁干扰，而不是基于纳米颗粒中诱导的偶极子辐射的传播波的干扰。由此产生的操纵光学功率流远远超过衍射极限的能力有助于减少耗散损耗，增加纳米级体积内积累的能量，并激活非磁性纳米结构中的磁响应。它也形成了一个基础，为长距离的芯片上的能量传输/路由，以及为主动纳米级场调制和开关。
2014-05-07 physics.optics
Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides for Enhanced Raman Spectroscopy
我们从理论上研究了几种类型的等离子体缝隙波导用于增强拉曼光谱中的测量信号，这是电场和Purcell因子增强的结果，以及光-物质相互作用体积和拉曼信号收集效率的增加。提出了一种直观的方法来计算累积的拉曼增强因子的一个合奏的分子在波导传感，利用分析光子格林函数展开的波导正常模式，我们结合这与量子光学形式主义的分子波导相互作用模型拉曼散射。我们随后展示了集成等离子体缝隙波导如何获得显著更高的拉曼增强因子：$\sim$ 5.3 $\times$与光流体光纤的比较以及$\sim$ 3.7 $\times$与平面集成电介质波导的比较，其中装置尺寸和因此分析物体积为至少三-我们还基于重要的品质因数提供了不同类型的等离子体缝隙波导之间的全面比较，并确定最佳方法以最大化拉曼增强。
2018-06-15 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
Engineering Magnetization with Photons: Nanoscale Advances in the Inverse Faraday Effect for Metallic and Plasmonic Systems
本综述探讨了在等离激元架构中工程化逆法拉第效应的最新进展，连接了从经典到量子的理论基础与亚皮秒泵浦探测实验，强调通过纳米结构设计实现磁化控制，并指出预测与测量值间存在数量级差异这一关键挑战及未来探针开发方向。
2025-06-30 physics.optics
Gold Nanoparticles for Plasmonic Biosensing: The Role of Metal Crystallinity and Nanoscale Roughness
贵金属纳米粒子由于局部表面等离子体激元的激发而显示出特定的光学性质，这使得它们成为高灵敏度生物纳米传感器的有吸引力的候选者。潜在的物理原理是分析物诱导的纳米颗粒周围介质的介电性质的改变或通过共振增强的等离子体激元场增加光学活性分析物的激发和发射速率。无论哪种方式，除了纳米颗粒的几何形状外，金属的介电性质和纳米级表面粗糙度对传感性能起着重要作用。然而，由于基本原理尚未得到很好的理解，我们的目标是在这里通过分析光刻制造的纳米粒子的光学特性，不同的结晶度和粗糙度参数的一个更好的理解。我们通过热退火改变这些参数，并应用薄金膜作为模型系统来检索介电函数的修改。我们调查，一方面，消光光谱，反映了远场性质的等离子体激元激发，另一方面，表面增强拉曼光谱，作为近场探针。我们的研究结果提供了更好的洞察局部表面等离子体及其在生物纳米传感中的应用。
2011-11-03 physics.optics
Tunable nonlinear coherent perfect absorption with epsilon-near-zero plasmonic waveguides
提出了一种利用近零等离激元波导实现纳米尺度非线性相干完全吸收的方案。分析并给出了线性ENZ等离子体波导中实现CPA的一般条件。所提出的ENZ波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，其中CPA效应在具有相等振幅和适当相位分布的两个反向传播平面波的照射下发生。此外，在ENZ共振下，波导的纳米通道内的强且均匀的场增强可以有效地增强克尔非线性，从而产生新的全光开关强度依赖CPA现象，其可以以超快速度调谐。所提出的自支撑ENZ结构将三阶非线性功能与纳米级等离子体配置中的驻波CPA干涉效应相结合，从而导致在亚波长区域中实现的新颖程度的可调谐光-物质相互作用。我们的研究结果提供了一个新的平台，以有效地激发非线性现象在纳米尺度和设计可调相干完美吸收。
2018-03-13 physics.optics
Wireless at the Nanoscale: Towards Magnetically Tunable Beam Steering
等离子体无线纳米链路具有很大的希望来克服传统金属导线的限制，即窄带宽，欧姆损耗，色散和串扰。然而，目前的发展局限于两个固定点之间的无线通信，即，固定的发射机和固定的接收机，这又限制了能量效率和集成水平。在这项工作中，我们提出了使用磁场的等离子体纳米天线的辐射波束转向的主动调谐。我们的概念背后的物理原理示出与辐射偶极源的辐射模式的存在下，磁场的严格的解决方案。结果表明，所提出的方案是可行的等离子体纳米天线的铁磁或贵金属在施加磁场的存在下。
2022-04-27 physics.optics
Biased Nanoscale Contact as Active Element for Electrically Driven Plasmonic Nanoantenna
电驱动的光学天线可以用作在光学频率下操作的电磁辐射的紧凑源。在最广泛探索的配置中，当跨隧穿间隙施加偏置电压时，由结构的金属部分之间的电子隧穿产生辐射。我们建议使用弹道纳米收缩作为支持等离子体模式的光学天线的馈电元件，而不是依赖于间隙中固有的低效非弹性光发射。我们讨论了负责光发射的基本机制，并表明，与这样的纳米级接触，可以达到量子效率的数量级大于标准的发光隧道结构。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mapping the nanoscale optical topological textures with a fiber-integrated plasmonic probe
针对纳米级光学拓扑纹理三维矢量结构表征难题，提出基于光纤锥-银纳米线结构的等离子体探针，无需后处理即可直接重建远场近场三维电场，具鲁棒宽带特性，可推动光场拓扑表征及相关应用发展。
2024-09-12 physics.optics
Nanoscale Torsional Optomechanics
光学机械转换演示了纳米扭转谐振器倏逝耦合到光学微盘回音壁模式谐振器。片上集成器件使用完全基于光纤的系统进行测量，包括锥形和凹坑光纤探头。这些设备的热机械校准光机械噪声下限低至7 fm/sqrt（Hz），为涉及极小扭矩（低至4x 10 ^-20 N*m）的广泛物理测量打开了大门。
2012-11-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Hot Electron Transport Driven Site-Specific Surface-Chemistry with Nanoscale Spatial Resolution
金属纳米结构附近电磁场的纳米尺度局域化是等离子体激元学的基础和应用。等离子体衰变不可避免的能量损失，最初被视为一种损害，现在已经扩大了等离子体应用的范围，以利用产生的热载流子。然而，这些热载流子的空间定位的定量理解，类似于电磁近场地图，一直难以捉摸。在这里，我们在空间上映射热电子驱动的还原化学与15纳米的分辨率作为时间和电磁场极化的函数，为不同的等离子体纳米结构。我们结合实验，采用六电子光回收过程，修改等离子体银纳米天线上的自组装单层的端基，从第一性原理计算的非平衡热载流子输运在这些系统中的理论预测。由此产生的本地化的反应区域，确定从高场区域的热载流子传输，铺平了道路，热载流子提取科学和纳米区域选择性表面化学。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Harnessing Plasmonic Interference for Nanoscale Ultrafast Electron Sources
提出利用金制阿基米德螺旋结构聚焦等离激元并结合非线性光电子发射，实现低发射度、纳米飞秒时空约束的平坦超快电子源。
2024-06-12 physics.acc-ph physics.optics
Plasmonic lenses for tunable ultrafast electron emitters at the nanoscale
同时时空约束的高能电子脉冲到飞秒和纳米尺度是一个非常感兴趣的科学界的话题，考虑到这种发展的潜在影响，广泛的科学和工业应用。例如，在超快电子散射中，纳米级探针将使具有纳米级异质性的材料中的结构动力学的精确地图成为可能，从而了解边界和缺陷对宏观性质的作用。另一方面，这一领域的进展主要受到电子源亮度和尺寸的限制。我们提出了下一代超快电子源的靶心等离子体透镜的设计，制造和光学特性。使用电磁模拟，我们研究光等离子体激元耦合，等离子体激元传播，色散和共振之间的相互作用如何支配的光发射电子脉冲的属性。我们还说明了如何脉冲宽度和强度可以调谐的几何设计，并预测亚10 fs的纳米级直径的脉冲可以实现。然后，我们在金膜中制造透镜，并用阴极发光光谱显微镜表征其等离子体特性，证明了适合超快纳米级光电发射的等离子体行为。
2019-12-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Spontaneous and Stimulated Electron-Photon Interactions in Nanoscale Plasmonic Near Fields
我们展示了空间分辨测量的自发和受激电子-光子相互作用在纳米级光学近场使用电子能量损失谱（EELS），阴极发光光谱（CL），光子诱导近场电子显微镜（PINEM）。具体来说，我们研究共振表面等离子体模式，被紧紧地限制在一个金nanostar的尖端顶点，使直接相关的EELS，CL，和PINEM在相同的物理结构在纳米长度尺度。补充数值电磁边界元方法计算，我们讨论了自发和受激电子-光子相互作用强度和空间依赖性的EELS，CL和PINEM分布。我们表明，在一个孤立的尖端模式的限制，在电子近场耦合的空间变化完全由模式电场的配置文件，无论是自发的（在EELS和CL）或受激的性质（在PINEM）的过程。然而，我们表明，耦合到尖端模式至关重要地取决于入射电子的能量与最大值在几千电子伏，取决于接近的相互作用的尖端顶点。我们的研究结果提供了基本的见解自发和受激电子-光-物质在纳米尺度上的相互作用，具有关键意义的研究（量子）相干光学现象的电子显微镜。
2020-08-24 physics.optics
Electrically-driven chiral emission from plasmonic tunnel junctions
King’s College London（伦敦国王学院）
通过整合偏振等离子体纳米螺旋体与隧道结，实现单粒子层面的纳米尺度偏振光生成，展示了在显示和AR/VR应用中的潜力。
2026-04-09 physics.optics
'Plasmonics' in free space: observation of giant wavevectors, vortices and energy backflow in superoscillatory optical fields
渐逝光可以通过等离子体纳米颗粒或锥体中的共振吸收或通过穿过纳米孔的透射而在纳米尺度处被定位。然而，传统的透镜不能聚焦超过波长λ的一半的自由空间光。然而，多波的精确干涉可以在自由空间中形成任意小尺寸的热点，称为超振荡。在这里，我们报告了一种新型的集成超材料干涉测量，允许第一次映射的领域与深亚波长分辨率~ λ/100。它揭示了超振荡热点附近的电磁场具有许多类似于共振等离子体纳米粒子或纳米孔附近的特征：热点被纳米级相位奇点（尺寸约λ/50）和波相位变化比驻波快十倍以上的区域包围。这些具有高局部波矢的区域被钉扎到相位涡旋和能量回流区（尺寸约λ/20），这有助于使主焦斑尺寸收紧超过阿贝-瑞利极限。我们的观察揭示了倏逝波的等离子体纳米聚焦和自由空间波的超振荡纳米聚焦之间的相似性，并证明了超振荡和超聚焦之间的基本联系，为纳米尺度计量和成像提供了新的机会。
2018-05-30 physics.optics
Proposal for nanoscale cascaded plasmonic majority gates for non-Boolean computation
在金属和电介质之间的界面处传播的表面等离子体激元极化子波是未来克服光子学衍射限制的高带宽、密集片上集成逻辑电路的关键。虽然等离子体逻辑的最新进展已经见证了基本和通用逻辑门的演示，但这些面向CMOS的数字逻辑门不能充分利用这种新技术的表现力。在这里，我们的目标是通过利用增强的本地功能-多数选民来揭示等离子体的真正潜力。与最先进的等离子体逻辑器件相反，我们使用波的相位而不是强度作为状态或计算变量。我们提出并证明，通过数值模拟，一个全面的计划，用于建立一个纳米级的等离子体多数逻辑门，以及一个新的参考方案，可以直接翻译的信息编码在波的振幅和相位到输出端的电场强度。我们的MIM为基础的3输入多数门显示了一个大大改善的整体面积只有0.636 μm $^2$的单级相比，以前的工作等离子体激元逻辑。所提出的设备演示了非布尔计算能力，并可以找到直接的效用，在高度并行的实时信号处理应用程序，如模式识别。
2017-11-16 physics.app-ph physics.optics
Room-temperature strong coupling at the nanoscale achieved by inverse design
等离子体纳米腔和单层半导体之间的室温强耦合是实现高效、集成的光-物质相互作用的重要途径。然而，设计这样的系统是具有挑战性的，由于非平凡的依赖性的强耦合的各种性质的腔和发射器，以及亚波长尺度的相互作用。在这项工作中，我们开发了一种方法，用于获得混合纳米结构组成的等离子体超颖表面耦合到原子薄WS 2层，表现出极端值的拉比分裂，通过近场等离子体响应的逆设计。相反，常见的措施，如品质因数或模式的体积，我们的方法依赖于一个积分为基础的度量。我们实验测量大值拉比分裂我们的纳米天线设计，同时提供理论上的最佳配置的几种其他类型的纳米结构。我们的研究结果为经典和量子光学应用开辟了一条在集成平台上最大化光-物质相互作用的道路。
2022-03-26 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
Molding the flow of light on the nanoscale: from vortex nanogears to phase-operated plasmonic machinery
通过将自由光子转换为局部电荷密度振荡（表面等离子体），将光有效地传递到纳米级体积中，使得从生物传感到光子学和量子计算的各个领域的技术创新成为可能。传统的等离子体纳米结构被设计为无线电天线和波导的纳米级类似物。在这里，我们讨论了一种替代的方法，等离子体纳米电路工程的基础上成型的光学功率流通过“涡旋纳米齿轮”周围的景观的本地相位奇点“钉”到等离子体纳米结构。我们发现，耦合到传输类结构的几个涡旋纳米齿轮的结果在戏剧性的光学效应，这可以解释通过调用一个流体动力学类比的“光子流体”。涡旋纳米齿轮传输（VNT）的新概念为开发复杂的多功能相位操作光子机械提供了新的设计原则，因此为纳米尺度上的光产生、收集和处理创造了独特的机会。
2011-12-07 math-ph math.MP physics.chem-ph
Nanoscale chiral valley-photon interface through optical spin-orbit coupling
二维过渡金属硫族化物材料的出现引发了谷电子学的激烈活动，因为它们的谷信息可以通过使用光的自旋角动量直接编码和检测。对于它们的实际应用，如片上谷逻辑门和芯片到芯片谷传输，使用光的谷赝自旋的编码和处理应该扩展到集成的片上纳米光子系统。在这里，我们成功地证明了，在室温下，谷依赖的光的定向耦合使用等离子体激元材料WS 2层系统。我们的计算表明，等离子体纳米线的模式的本地横向自旋角动量提供了强大的光学自旋路径锁定高达91%。实验证明，WS 2中的谷赝自旋与旋向相同的光自旋耦合，并且对等离子体导模具有高达90%的定向耦合效率。这一结果开辟了新的途径，控制，检测和处理谷和自旋信息与精确的光学控制在纳米级。
2017-09-03 physics.optics
Nonreciprocal rotating power flow within plasmonic nanostructures
我们从理论上探讨了嵌入磁光材料中的亚波长等离子纳米结构内电磁场的非互易近区操纵的概念。我们推导出一个分析模型，预测一个强大的，磁光诱导的时间反演对称性破缺的局部等离子体共振拓扑对称结构。我们的等离子体激元激发的数值模拟揭示了相当大的近区功率流旋转在这样的混合纳米结构，表现出纳米非互易性。这可以被认为是在纳米尺度上调谐等离子现象的另一种机制。
2012-12-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
MIM Structure for optical vortex beam generator at nanoscale level
携带轨道角动量（OAM）的光束在许多领域有着广泛的应用。为了在光子集成器件中应用这些特定的光束，已经提出了创新的光学元件。在这里，我们感兴趣的是在纳米级的OAM携带光束的产生。基于金属-绝缘体-金属多孔等离子体涡旋透镜，我们设计并实验验证了一种等离子体光学涡旋发射器。我们的等离子体激元元件被示出为将撞击的圆偏振光转换成能够传播到远场的轨道角动量状态。此外，可以通过切换入射光偏振的旋向性来从外部调整出现的OAM。该器件具有几微米的半径，OAM光束从亚波长孔径产生。PVL集成阵列的制作和多个光学涡旋的同时发射为光学涡旋发射器的大规模集成和广泛应用提供了一种简单的方法。
2018-04-06 physics.optics
Nanoscale Plasmonic and Optical Modulators Based on Transparent Conducting Oxides
最近的实验表明，在金属氧化物半导体（MOS）结构中，可以通过积累电荷来实现透明导电氧化物（TCO）中的单位阶折射率变化。然而，TCO的厚度（~ 5 nm）积累层和固有吸收阻碍了这种效应的实际应用。在此，我们提出并探索了一种新的波导，即“TCO槽波导”，它结合了TCO的可调谐特性和槽波导的场增强。特别地，当槽的介电常数被调谐为接近零时，光吸收可以急剧增强。基于TCO缝隙波导，可以在200 nm内实现有效的电吸收调制，插入损耗小。
2012-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Integrated all-optical logic discriminators based on plasmonic bandgap engineering
光学计算使用光子作为信息载体，为超高速和超宽带信息处理开辟了可能性。集成全光逻辑器件是光计算系统不可缺少的核心部件。然而，迄今为止，具有根据波长对入射光信号进行鉴别和编码功能的纳米级全光逻辑鉴别器的实验进展甚微。在这里，我们报告了一个战略，实现纳米级全光逻辑电路的基础上，平面等离子体微结构的等离子体能带工程。区分落在不同工作波长范围内的光信号并赋予不同的逻辑状态编码。与以前报道的值相比，工作带宽扩大了一个数量级。此外，SPP光源与逻辑器件集成，同时保持其超紧凑的尺寸。这为构建片上全光信息处理器和人工智能系统开辟了一条道路。
2013-09-18 physics.optics
Transmission of Photonic Quantum Polarization Entanglement in a Nanoscale Hybrid Plasmonic Waveguide
光子量子技术由于其高速传输和优异的低噪声特性，在量子信息科学中得到了广泛的研究。然而，由于衍射极限的限制，基于光子纠缠的应用受到限制。在这项工作中，我们首次证明了在由光纤锥和银纳米线组成的纳米级混合等离子体波导中量子偏振纠缠的保持。整个波导中的传输态与最大偏振纠缠态Φ+的保真度为0.932。此外，进行Clauser、Horne、Shimony和Holt（CHSH）不等式检验，结果为2.495+/-0.147 > 2，表明违反了隐藏变量模型。由于等离子体波导将有效模面积限制在亚波长范围内，它可以作为纳米光子学和量子光学的桥梁，可以作为近场量子探针应用于量子近场微纳显微镜中，实现高空间分辨率、超灵敏、光纤集成和等离子体增强探测。
2015-04-09 physics.optics quant-ph
Femtosecond pulse with THz repetition frequency based on strong coupling between quantum emitters and a plasmonic resonator
纳米级脉冲光在纳米集成光学中是非常需要的。在这篇文章中，我们通过量子发射体（QE）和等离子体共振器之间的强耦合获得了具有太赫兹重复频率的飞秒脉冲。我们的结构包括一个V型槽（VG）等离子体共振器和一个纳米线嵌入两个能级量子阱。通过半经典理论和数值模拟研究了入射光强和量子效率数密度对该混合系统传输响应的影响。研究发现，传输响应可以调制成脉冲形式。其原因是强耦合导致纳米线的输出功率表现为振荡形式，振荡的输出功率又导致谐振器中的场幅度随时间振荡。在纳米线中的等离子体谐振器和量子阱之间形成反馈系统。这为在等离子体激元系统中利用连续波输入产生重复频率为1000 MHz的窄脉冲激光提供了一种新的方法，在产生纳米尺度的光时钟信号方面具有潜在的应用价值。
2017-12-11 physics.optics
Ultrafast laser-induced subwavelength structures towards nanoscale: the significant role of plasmonic effects
近年来，通过控制复杂人造结构上的表面等离子体激元（SPs）来实现对光的超越衍射极限的操控，引起了人们极大的兴趣。然而，在这里，我们证明了在短脉冲激光烧蚀超快活性等离子体结构自发产生凭借等离子体效应，而不是人类的聪明才智。首先，分裂的激光诱导的亚波长光栅，实验证明在ZnO，Si和GaAs，被证实起源于SP模式的转换从共振到非共振模式，并进一步同相或反相非对称模式。此外，随着脉冲数的增加，激光诱导结构的普遍缩小是来自于等离子体相互作用的物理机制从光学机制到静电机制的转换，这可能会引起准静态SP，其相互作用尺度远远超过衍射极限，并导致超快，非热烧蚀的非凡的静电增强。等离子体激元机制揭示了超快激光诱导纳米结构的深亚波长空间尺度和超短时间尺度之间的联系：基本上，“纳米尺度”倾向于消除电磁延迟效应并对入射场产生瞬时响应，并引起静电相互作用和巨大的局域场增强，从而在巨大的静电力驱动下促进超快烧蚀。因此，同时提供“纳米级”和“超快”的活性等离子体结构易于在超快烧蚀中形成。此外，等离子体激元机制可以作为一种强大的“进化力”，在多脉冲烧蚀中发挥作用，促进共振纳米结构的生长--各种典型的等离子体激元结构可以通过多脉冲演化自生成，这可以被认为是一种自然等离子体激元。
2012-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Nanoscale confinement of all-optical switching in TbFeCo using plasmonic antennas
在过渡金属-稀土合金GdFeCo 1 -5中首次观察到了飞秒激光脉冲引起的磁畴全光开关（AOS）现象;这一现象表明了光学控制磁性的潜力，可用于更快发展的未来磁纪录技术。由于在其他材料中发现了相同的效果，包括无RE磁性多层膜，AOS的技术潜力最近有所增加。然而，为了在技术上有意义，AOS必须与传统存储设备的位密度竞争，将光学切换的磁性区域限制在远低于衍射极限的尺寸。在这里，我们展示了可重复的和强大的全光开关的磁畴的53 nm大小的亚铁磁TbFeCo合金使用金等离子体天线结构。使用X射线共振全息成像在等离子体天线周围和下方对受限的纳米级磁反转进行成像。我们的研究结果表明，未来的AOS-based磁纪录技术的潜力。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Optically assisted diffusophoretic tweezers using resonant plasmonic bowtie nano-antennas
本文提出一种结合耗尽吸引力与光热效应的混合方法，利用PEG分子热泳耗尽产生的浓度梯度与扩散泳力协同作用，在2.5 mW极低功率下实现100 nm粒子的稳定捕获与二维操控。
2023-08-04 physics.app-ph physics.optics
Optomagnets in nonmagnetic plasmonic nanostructures
利用金属自由电子气体的流体力学模型，我们从理论上研究了等离子体纳米结构中的光致直流电流回路。这种电流回路源自依赖于三个电动势的光学整流过程，其中一个电动势来自光学自旋轨道相互作用。所得到的静磁场被发现是最大的，并显着地限制在角落的等离子纳米结构，这揭示了金属间断的能力，以集中和定制静态磁场的纳米尺度。
2020-10-21 physics.optics
Mode-matching enhancement of second-harmonic generation with plasmonic nanopatch antennas
非线性光学过程的等离子体增强面临着严重的限制，所产生的强分散的金属结晶性和小的相互作用体积，阻碍了理想的相位匹配的条件。最大化纳米尺度系统中的非线性相互作用需要同时激发在该过程中所涉及的所有波长处在空间上和相长上重叠的共振模式。在这里，我们提出了一种混合矩形贴片天线设计的最佳二次谐波产生（SHG），其特征在于由非中心对称的介电/铁电材料在等离子体热点。矩形贴片的优化允许独立调谐可用于增强SHG过程的各种谐振模式。我们探讨了这些混合结构的角度依赖性的SHG和突出的最大SHG效率所需的条件。此外，我们提出了一种新的配置与极化铁电层的数量级的增强倍频法向入射。这样的平台可以实现集成纳米级光源和片上频率转换器的开发。
2020-10-09 physics.optics
Mode-matching in multiresonant plasmonic nanoantennas for enhanced second harmonic generation
在极其有限的体积中提升非线性频率转换仍然是纳米光学、纳米医学、生物传感和无背景生物传感中的关键挑战。为了这个目的，等离子体纳米结构中的场增强通常被利用来有效地补偿在纳米级处的相位匹配的缺乏。然而，二次谐波产生（SHG）被原子尺度下等离子体材料和纳米天线设计中的高度对称性强烈猝灭。在这里，我们设计了一个等离子体纳米天线缺乏轴对称性，表现出空间和频率模式重叠的激发和SHG波长。这些功能在单个器件中的有效组合允许获得前所未有的SHG转换效率。我们的研究结果揭示了在纳米尺度上优化SHG的新方法，为基于非线性等离子体平台的新型纳米级相干光源和分子传感器件铺平了道路。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Simple analytical approach to the analysis of plasmonic phenomena in dome-shaped protrusions and depressions on metal surfaces
本文提出一种简单解析模型，用于分析金属表面穹顶形纳米凸起与凹陷的等离激元现象，可计算极化电荷密度、近场及偶极矩修正，并通过全波数值模拟验证，适用于导波等离激元器件与光散射等研究。
2025-07-02 physics.optics
Multiplexed plasmonic nanoantennas for high throughput single molecule nanoscale dynamics in living cells
单分子检测通过提供在不同情况下研究单个分子的强大方法，彻底改变了化学和生物学领域。纳米光子结构，包括等离子体天线，显著克服了可以观察到单分子事件的浓度限制，使得能够在与生物和化学过程相关的浓度下检测它们。虽然天线可以制造成大阵列，但探测动态事件需要高的时间分辨率，这最好通过串行天线询问来实现。不幸的是，这排除了在不同的样品位置从多个天线同时记录，并且是耗时的，导致差的统计和低吞吐量的数据采集，削弱了阵列的真正潜力。在这里，我们利用天线盒中的纳米结构阵列与sCMOS读出相结合，同时询问来自225个天线的纳米体积。以1 kHz记录允许同时从50个纳米天线进行多路复用动态测量，时间分辨率由相机帧率和单个通道期间每个分子发射的光子决定。我们展示了在活细胞膜中纳米级单分子动力学的高通量阵列检测的能力，并以1 nm的精度和低于1 ms的时间分辨率确定膜分子组分的轴向位置。
2022-01-28 physics.bio-ph physics.optics
Giant enhancement of silicon plasmonic SWIR photodetection using nanoscale self-organised metallic films
许多消费者技术和科学方法依赖于红外线的光电检测。我们报道了一个肖特基光电探测器工作在硅的带隙能量以下，通过热载流子注入从纳米金属吸收。我们的设计依赖于简单的CMOS兼容的“自下而上”的分形纳米结构铝膜的制造。由于纳米结构的分形性质，铝膜在宽波长范围内支持等离子体增强吸收。我们证明了两个数量级的改善响应度，噪声等效功率，和探测率相比，散装金属，在广泛的光谱和角度范围。我们把这归因于纳米分形几何的动量弛豫过程。具体来说，我们证明了量子效率的提高和结构参数，如周长表面比之间的直接联系。最后，我们的设备还可以用作体折射率传感器。我们的方法是一个有前途的候选人，未来的成本效益和强大的短波红外光电探测和传感应用。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Broadband plasmonic nanoantennas for multi-color nanoscale dynamics in living cells
最近，等离子体纳米天线的实现为研究活细胞中单个生物分子的纳米级动力学开辟了新的可能性。然而，由于金基纳米结构的窄波长共振排除了对不同荧光标记分子的同时询问，因此研究还限于单一分子种类。在这里，我们利用宽带铝基纳米天线雕刻在近场探针的顶点，以解决完整的活细胞膜上的纳米尺度动态分子相互作用。通过荧光激发，我们同时记录了已知在活细胞中形成纳米簇的双色标记跨膜受体的荧光波动。荧光交叉相关研究揭示了在~60 nm的区域中单个受体之间的瞬时相互作用。此外，天线照明提供的高信号背景比使我们能够直接检测由天线下方的单个受体通过而产生的荧光猝发。值得注意的是，通过减少低于特征受体纳米团簇尺寸的照明体积，我们解决了纳米团簇内的分子扩散，并将其与纳米团簇扩散区分开来。分子间瞬时相互作用的时空表征对于理解它们如何相互通信以调节细胞功能至关重要。我们的工作展示了宽带光子天线以前所未有的时空分辨率研究活细胞膜中的多分子事件和相互作用的潜力。
2023-01-22 physics.bio-ph physics.optics
Nanoscale optical waveform control of strong-field photoemission
金属纳米结构的强场光电发射最近使基础性发现成为可能。在这里，我们提供的电场控制的电子在最接近的纳米尺度附近的等离子体纳米粒子的帮助下，几个周期的激光波形的理论演示。我们分析了等离子体共振对光电发射特性的影响，并表明只有非共振纳米粒子才能在真正的亚飞秒时间尺度上提供电子控制。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Tamm states: second enhancement of light inside the plasmonic waveguide
提出了金属-绝缘体-金属（MIM）波导中的一类Tamm态。采用基于阻抗的传输矩阵方法对其进行了研究和优化，在等离子体Tamm态的参与下，场可以得到两次增强：第一次是由于普通波导和纳米等离子体波导之间的耦合，第二次是由于Tamm态的强局域化和场增强。如我们的二维耦合配置所示，当1550 nm光从300 nm Si平板波导耦合到40 nm MIM波导中时，|E| ^2被增强高达1050倍。
2014-01-21 physics.optics
Injection-locked phonon lasing driven by an individual plasmonic metamolecule
纳米光子器件利用几何相关的光学性质来限制和增强光与小尺度物质的相互作用。通过仔细图案化纳米级几何形状，可以实现跨不同物理域的响应耦合，例如光机械晶体中的光子和声子模式。等离子体激元的极端光学约束可以将强的跨域相互作用局部化到纳米尺度体积中，比许多纳米系统的热和机械本征模更小，为工程可重构的动态纳米系统开辟了新的领域。在这里，我们提出了一种基于电驱动，机械耦合间隙等离子体超分子谐振器的纳米系统。集成电致动揭示了不同的色散和反应性的光学机械耦合制度的元分子，并使宽光谱调谐的个人等离子体共振和选择性的光学转换的纳米机械模式。强的热机械反作用从一个单一的点状超分子产生光驱动的自振荡，我们表明，这种超分子声子激光器可以注入锁定，以增强弱的机械刺激。这种多域纳米系统推进了纳米机械传感和光学调制，为研究纳米级非线性光学力学开辟了新的途径，并可能成为未来可重构“智能”超材料的基石。
2017-07-06 physics.optics
Optical Torque from Enhanced Scattering by Multipolar Plasmonic Resonance
本文从理论上研究了圆偏振平面波与不同旋转对称性的薄金属纳米颗粒之间的光学角动量转移。虽然吸收已被视为在纳米尺度上的扭矩产生的主要机制，我们数值演示了如何从散射的贡献可以通过使用多极等离子体共振增强。非圆形粒子中的多极模式可以转换散射场携带的角动量，从而产生散射主导的光学扭矩，而圆形对称粒子则不能。我们的结果表明，共振散射引起的光矩可以贡献80%的总的光矩在金粒子。这种分散主导的扭矩产生是极其模式特定的，并且值得与吸收主导的机制区分开来。我们的研究结果可能在纳米尺度上的光学操纵以及等离子体和超材料的新设计中有应用。
2014-05-01 physics.optics
