Bulk photonic metamaterial with hyperbolic dispersion
在这项工作中,我们展示了一个自立的散装三维超材料的基础上,在氧化铝膜的银纳米线网络。这构成了具有双曲色散的各向异性有效介质,可用于亚衍射成像或光学隐身。材料的高度各向异性介电常数范围从正到负,并且透射的激光束既朝向表面的法线移动,如在规则的折射率中,又偏离法线,如在折射率小于1的各向异性折射率中。所设计的光子超材料是文献中报道的最厚的,无论是在其物理尺寸1cm x 1cm x 51 mm方面,还是在l=0.84 mm时真空波长的数量N=61方面。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Boundary Effects of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
由交替的深亚波长电介质层的周期性堆叠组成的多层超材料中的非局部(空间色散)效应已知是可以忽略不计的弱。反直觉地,在某些临界条件下,弱非局域性可能会建立强大的边界效应,而传统的(本地)有效介质模型基于简单的混合公式没有捕捉到。在这里,我们表明,这种现象可以卓有成效地研究和理解的误差传播的多层膜的光学传输矩阵的轨迹和反轨迹的迭代映射。我们的方法有效地参数化这些特殊的影响,通过非常简单和有见地的封闭形式的表达式,使直接识别的关键参数和制度。我们还展示了如何通过适当的非局部校正来捕获这些边界效应。
2018-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental demonstration of tunable graphene hyperbolic metamaterial
按需调节宏观介电响应具有可主动调节的超光子学和光学器件的潜力。近年来,石墨烯作为纳米光子学中的可调谐元件得到了广泛的研究。大量的理论工作已经致力于调整石墨烯/电介质异质结构的双曲线性质,然而,到目前为止,这样的主题还没有被实验证明。在这里,我们专注于石墨烯/极化激元电介质超材料,具有由电介质的极性响应引起的强光学共振,通常难以主动控制。通过控制石墨烯的掺杂水平,通过外部偏压,我们实验证明了从费米能级EF = 0 eV到EF = 0.5 eV的宽范围的可调谐性,这产生了有效的ε-近零交叉和可调谐的介电性质,通过光谱椭圆偏振法和透射测量验证。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Effects of deterministic disorder at deeply subwavelength scales in multilayered dielectric metamaterials
人们普遍认为,多层介质超材料,在深亚波长层的制度,准确地描述了简单的有效介质模型的基础上混合公式,不依赖于空间的安排。在最近的研究中,我们发现了违反直觉的周期性和非周期性(有序或随机)场景的例子,在这些场景中,这个前提被打破了,我们在这里研究确定性无序的影响。具体参考Golay-Rudin-Shapiro序列的基础上的模型,我们说明了某些特殊的边界效应,可以发生在有限尺寸的电介质多层膜,导致异常的光传输特性,与传统的有效介质理论的预测形成鲜明对比。通过参数和比较研究,我们阐明了潜在的物理机制,也突出了与以前研究的几何形状的相似性和差异。我们的结果可能会激发潜在的应用光学传感,开关和激光。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-Infrared waveguides and negative refraction with anisotropic metamaterials
我们提出了两种超材料波导,工作在中红外,这将显示负折射。第一波导是结合量子阱的金属条,而第二波导是结合量子阱的电介质波导。两种波导的负折射发生在量子阱的子带间跃迁(ISBT)周围,并且取决于阱内电子的2D浓度;这些材料可以通过常规半导体技术(MBE)生长,并且阱内的电子浓度由电场或光学泵浦外部控制。
2007-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ellipsometric Identification of Transition from Layered Metal-dielectric Film to Hyperbolic Metamaterial
本文利用有效介质近似和转移矩阵法,结合椭圆偏振测量,提出层状金属-介电膜向双曲超材料转变的预测方法,并提供工程设计图表。
2026-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Aperiodic-Order-Induced Enhancement of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
最近对全介电多层超材料的研究表明,通常在深亚波长层的极限中观察到的可忽略不计的小非局部效应(空间色散)可能会被某些临界参数区域中发生的特殊边界效应显着增强。到目前为止,在周期性和随机无序的几何形状中观察到的这些现象,表现为有限尺寸超材料样品的精确光学响应与基于混合公式的传统有效理论介质模型的预测之间的强烈差异。在这里,特别关注Thue-Morse几何,我们朝着将上述研究扩展到非周期性有序多层膜的中间地带迈出了第一步,该多层膜介于完美的周期性和无序之间。我们发现,也为这些几何形状,存在临界参数范围,有利于建设的边界效应导致强烈增强(否则可忽略不计弱)的非局域性。然而,潜在的机制与在周期性情况下观察到的机制根本不同,并且表现出典型的足迹(例如,分形间隙、准定域状态),其具有非周期性顺序的特征。我们的研究结果表明,非周期性秩序在上述边界效应的建立中起着关键作用,并且也可能在光学传感器,吸收器和激光器中找到潜在的应用。
2018-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Purcell effect in wire metamaterials
我们从理论上研究了金属丝超材料中自发发射的增强。我们分析了电偶极源和磁偶极源的珀塞尔因子对导线介电常数的依赖关系,并找到了使电偶极的珀塞尔因子最大化的介电常数的最佳值。我们得到的珀塞尔因子的解析表达式,并提供估计的珀塞尔因子在现实的结构在微波和光学光谱范围内工作。
2012-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Infrared metamaterials by RF sputtered ZnO/Al:ZnO multilayers
双曲超材料使用悬浮在电介质中的金属线或金属和电介质的交替层来创建人工光学各向异性。本文采用射频磁控溅射技术制备了ZnO/Al:ZnO(AZO)多层膜。我们制作的多层膜满足I型双曲超材料所需的条件。通过角透射率和椭圆偏振光谱测量,单个AZO和ZnO薄膜,以及多层膜的光学响应进行了研究。多层膜系统的光学响应预测使用非局部校正的有效介质近似(EMA)。采用单轴材料模型和EMA模型对多层膜系统的椭偏光谱数据进行了建模。理论和实验研究都证实了多层膜在2.2 μm波长处经历了双曲线转变。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Plasmon tunability in metallodielectric metamaterials
通过严格求解麦克斯韦方程组,计算了由周期性排列的球形金属纳米颗粒组成的超材料的介电特性。有效的介电函数通过比较限制这些材料的平面表面的反射率与等效均匀介质的菲涅耳公式,显示由于粒子间相互作用的单个粒子模式的混合和分裂。简单的立方和面心立方晶体的铝球在真空中,银球在真空中,和银球在硅矩阵的详细结果。示出的金属f的填充分数,以确定这些超材料的等离子体激元模式的位置。观察到显着的偏差相对于麦克斯韦-加内特有效介质理论为大f,和多个等离子体激元预测存在相反的麦克斯韦-加内特理论。
2007-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Using core-shell metamaterial engineering to triple the critical temperature of a superconductor
最近的实验表明,超材料方法介电响应工程的可行性,适度提高超导体的转变温度,Tc。在这份报告中,我们展示了使用Al 2 O3涂层的铝纳米颗粒形成最近提出的近零(ENZ)的核壳超材料超导体的Tc是纯铝的三倍。IR反射率测量证实了预测的超材料介电函数的修改,从而证明了ENZ超材料方法对Tc工程的功效。这些结果为长期已知但尚未理解的颗粒铝膜的Tc增强提供了解释。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.optics
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线(NW)超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料,显示ε近零(ENZ)和ε近极(ENP)共振。我们表明,NW-超材料的行为从金属-电介质多层(ML)超材料的一个根本区别是ε-近零(ENZ)和ε-近极(ENP)介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比,纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反,NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振,并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时,我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线(EDX)和X射线衍射(XRD)分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用,并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Finite-difference frequency-domain method for the extraction of effective parameters of metamaterials
在这里,我们报告了最近在[M]中提出的非局部均匀化方法的数值实现。Silveirinha,Phys.Rev.B75,115104(2007)],使用有限差分频域方法来离散麦克斯韦方程。我们应用开发的形式主义来表征由电介质和金属颗粒形成的几种结构材料的非局部介电函数,特别是,我们提取局部介电常数,磁导率和磁电耦合参数时,这些是有意义的。结果表明,有限差分频域实现的均匀化方法是稳定和强大的,产生非常准确的结果。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Light Transport Induced by Deeply Subwavelength Quasiperiodicity in Multilayered Dielectric Metamaterials
对于介电多层超材料,已知有效参数表示对深亚波长尺度下发生的几何特征不敏感。然而,最近的研究周期性和非周期性有序的几何形状表明,存在某些临界参数制度,这种传统的智慧是颠覆,作为有限尺寸的样品的光学响应可能会大大偏离标准的有效介质理论的预测。在这些制度中,其特征在于由混合的倏逝/传播光传输,不同类别的空间(紊乱)秩序已被证明在光学响应中诱导独特的效果,在异常传输,本地化,增强,吸收和激射。在这里,我们进一步扩展这些例子,考虑准周期性的情况下,基于修改后的斐波那契几何。在这个模型的有趣的功能有一个尺度参数,控制从完美的周期性过渡到准周期性的不同色调的情况下存在。通过一个广泛的参数研究,这使我们能够识别准磁性引起的异常效应,并阐明某些独特的机制和足迹。我们的研究结果具有潜在的有趣的影响,光学探测的结构特征的分辨率远小于波长,也可以利用设计新型的吸收器和低阈值激光器。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Impact of sintering conditions on the dielectric properties of TiO2 ceramics for metamaterialsapplications at terahertz frequencies
Centre de Nanosciences et Nanotechnologies - CNRS (UMR 9001) - Université Paris-Saclay(纳米科学和纳米技术中心 - 法国国家科学研究中心);Centre Européen de la Céramique - CNRS (UMR 7315) - Université de Limoges(欧洲陶瓷中心 - 法国国家科学研究中心);Laboratoire Albert Fert - CNRS, (UMR137) - Thales, Université Paris-Saclay(阿尔伯特·费尔特实验室 - 法国国家科学研究中心 - 泰雷兹集团);Centre de Radiofrequences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes - CNRS (UMR 5130 ) - Université Savoie Mont Blanc(阿尔卑斯射频、光学和微纳电子中心 - 法国国家科学研究中心)
研究比较传统烧结与放电等离子烧结及退火对TiO2陶瓷介电性能的影响,通过太赫兹时域光谱表征,发现优化工艺可实现低损耗(tanδ=0.006)和高介电常数(ε=103),证明TiO2是太赫兹超材料的理想材料。
2026-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological transition in coated wire medium
本文提出了一种由平行金属线和介质层组成的超材料的非局部均匀化理论。结果表明,通过改变金属丝介电层与基质材料之间的介电对比度,可以使超材料的色散区从椭圆色散区转变为双曲线色散区,即发生拓扑转变.我们通过全波数值模拟证实了我们的理论预测。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Engineering a Full Gamut of Structural Colors in All-Dielectric Mesoporous Network Metamaterials
结构色是入射光的某些频率在材料中的微米或纳米尺度特征上散射的结果。这是一种完全不同的现象,从不同频率的可见光谱吸收颜料或染料,这是我们日常生活中最常见的着色方式产生的颜色。然而,结构色更坚固,可以在不改变基础材料的情况下设计成跨越大部分可见光谱,只改变其内部结构。它们在自然界中非常丰富,像甲虫壳和蝴蝶翅膀这样色彩缤纷的例子,但很少有方法可以将它们用于大规模的商业应用。在这项工作中,我们提出了一种技术,以创建一个完整的结构颜色的基础上,低成本,鲁棒性和可扩展的制造周期性网络结构的多孔氧化铝以及战略,理论上预测和工程师的不同颜色的需求。我们实验证明了具有工程颜色的介孔网络超材料结构,并讨论了它们在传感,环境监测,仿生组织工程等方面的应用。
2018-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local field topology behind light localization and metamaterial topological transitions
我们重新审视的机制,在表面等离子体激元(SPP)模式的光的亚波长空间定位调查在SPP频率的光功率流的本地和全球的功能。对瞬时坡印廷矢量的仔细检查揭示了在金属-电介质界面处形成的光学涡旋-循环功率流的局部区域。因此,光能通过金属和电介质之间的亚波长厚的“传送带”循环,在那里它产生高密度的光学状态(DOS),紧密的光能局域化和与SPP波相关的低群速度。金属-电介质-金属波导中成键和反键SPP模式的形成也可以方便地用两个金属界面之间局部功率流涡旋的不同空间布置来解释。最后,我们研究了由多个金属和电介质薄膜组成的超材料中全局拓扑转变的潜在机制,即,过渡的等频面从椭球到双曲面,这是不伴随着打破晶格对称性。我们的分析表明,这种全球性的拓扑转变是由动态的局部重新安排的局部拓扑特征的光学干涉场,如旋涡和鞍点,重新配置全球光学功率流内的超材料。这些对等离子体光局域化和DOS操纵的新见解不仅有助于解释SPP波的众所周知的性质,而且还为各种实际应用的等离子体元件和材料的设计提供了有用的指导方针。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Perturbation Theory for Plasmonic Modulation and Sensing
我们发展了一个一般的微扰理论来处理色散等离子纳米结构和超材料中的小参数变化。我们特别将其应用于介电折射率,以及金属-介电纳米结构中的金属等离子体频率调制。作为一个数值演示,我们验证了理论的准确性对直接计算,在空气中的等离子体激元棒的系统中,金属被定义为银的介电函数的两极拟合。我们还讨论了新的光学行为等离子体频率调制在这样的系统。我们的方法提供了新的物理见解等离子体器件的设计,生化传感和光学调制,以及未来的有源超材料应用。
2010-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics