Dynamic Effective Medium Theory for Two-Dimensional Non-Magnetic Metamaterial Lattices using Multipole Expansion
我们提出了一个公式推导出的有效介质性质的无限周期二维超材料晶格结构超出静态和准静态的限制。我们利用多极展开，与支持布洛赫模式的极化电流表示通过电偶极子，磁偶极子，和电四极矩每单位长度。然后，我们提出了一种方法来计算的基础上的晶格几何和单个单位元结构的布洛赫模式。结果恢复到众所周知的公式在准静态极限，是有用的均匀化的纳米棒型超材料，这是经常使用的光学应用。
2015-04-11 physics.optics
Ultrafast excitation of Bloch plasmon polaritons in hyperbolic metamaterials with an extreme ultra-violet transient grating
Umeå University（于默奥大学）；Elettra Sincrotrone Trieste（的里雅斯特同步辐射中心）；CIC nanoGUNE BRTA（nanoGUNE研究中心）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯克，巴斯克科学基金会）；Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）；Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability（瓦伦堡可持续材料科学倡议）
通过光操控材料性质推动材料科学和光子学发展，超高压电介质作为下一代量子光学介质具有潜力，支持布洛赫等离子体极化子，但无法通过直接光照射激发，本文通过极紫外瞬态光栅实验实现了在超高压电介质中激发布洛赫等离子体极化子，有限元模拟验证了瞬态光栅在相位匹配和模式激发中的作用，展示了空间时间上激发布洛赫等离子体极化子的途径，为永久性纳米结构光栅提供替代方案，可能实现超快光学模式激发控制。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anisotropic metallic metasurface superlattices supporting Fano resonances and bound states in the continuum
具有周期性排列的切穿狭缝的完美金属膜，即各向异性金属超材料膜，模仿电介质板并且支持在垂直于狭缝的方向上的引导电磁波。在这里，我们介绍了金属metasurface超晶格，包括在一个周期内的多个狭缝，并证明了超晶格支持Fano共振和束缚态的连续。Fano共振态和束缚态的数目依赖于超晶格周期中的狭缝数目。金属超颖表面超晶格提供了操纵电磁波的新机制，从微波到远红外波长，其中常规金属可以被认为是完美的电导体。
2020-08-19 physics.optics
Optical nonlocality in multilayered hyperbolic metamaterials based on Thue-Morse superlattices
我们发现，双曲电磁超材料实现为多层的基础上安排根据Thue-Morse（ThM）的非周期序列的两种材料成分可能会表现出强烈的非局部效应，表现为额外的非常波的外观，这是不是由标准的有效介质理论（本地）模型预测。从数学的角度来看，这些影响可以与转移矩阵迹的固定点相关联，并且可以通过迹映射形式主义有效地参数化。我们发现，它们的发病是伴随着一个强大的波矢依赖的有效本构参数。尽管不可避免的（布洛赫型）超胞终止强制执行的固有周期性，我们表明，这种强非局部性保留在任何任意高阶迭代，即，接近实际的非周期状态。此外，对于某些参数配置，在给定的波长下并且对于两个给定的材料层，当相同的层以标准周期性方式布置时，这些效应可能显著地不那么突出。我们的研究结果表明，（非周期性）的层的位置顺序构成了一个有效的和技术上便宜的额外的自由度的光学非局域性工程。
2013-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic transmittance in metallic and metamaterial Superlattices
我们在这里提出的电磁波通过金属和左手介质的层状结构的传输。基于有限周期系统的理论，我们表明，除了强烈的影响的入射角，一个单一的导体板的低传输特性，为低于等离子体频率$ω_p$的频率$ω$，成为在这一领域的高度振荡。类似地，在具有多个单胞的超晶格中，单个左手平板的公认的透射系数变得与超光速效应高度共振。我们确定了波包通过$λ/4$光子超晶格的时空演化，该光子超晶格的透射系数是一系列具有负相位时间的孤立且等距的峰。我们表明，一个高斯波包的时空演化，在任何这些峰值的质心，同意的理论预测，并没有违反因果关系的原则发生。我们发现，除了强烈的影响的入射角，体等离子体激元模式和界面表面等离子体激元的相干耦合导致振荡的透射系数，并依赖于奇偶性的超晶格的单元格$n$的数量，传输消失或放大作为导体宽度的增加。我们确定了波包通过$λ/4$光子超晶格时的时空演化，当光子超晶格的带宽变为可忽略时，透射系数变为一系列孤立的、等距离的负相位峰.我们表明，一个高斯波包的时空演化，在任何这些峰值的质心，同意的理论预测，并没有违反因果关系的原则发生。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Absorbing boundary condition for Bloch-Floquet eigenmodes
提出了一种适用于光子晶体和超材料电磁频域模拟的吸收边界条件。该边界条件可以同时吸收周期晶体的多个布洛赫-弗洛奎本征模，包括传播模和消逝模。所讨论的光子晶体或超材料可以包括有损耗的、有源的、各向异性的甚至双各向异性的内含物。吸收边界条件依赖于Bloch-Floquet本征模的正交性条件，这里给出了一个广义的版本。我们测试了这种吸收边界条件的数值和目前的结果。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tetra-hyperbolic and tri-hyperbolic optical phases in anisotropic metamaterials without magnetoelectric coupling due to hybridization of plasmonic and magnetic Bloch high-k polaritons
在本文中，我们揭示了在没有磁电耦合的各向异性超材料中形成三-和四-双曲相的物理机制，并描述了由于等离子体和磁布洛赫高k极化激元的杂交而产生的双曲色散中的反交叉分裂现象。这大大加深了对高k极化激元和k空间中光学等频面拓扑结构的理解，并将在光学纳米分辨率成像和发射率和方向性控制中找到应用。为了实现这一点，我们开发了一系列新的技术的理论光学的双各向异性材料，包括二次折射率算子方法，适合于研究高k极化激元与有限折射率和显式表达式的特征矩阵在一般的双各向异性介质。本文介绍了各向异性均匀介质的电磁响应的空间分层方法，分析了其下伏的布洛赫波。我们相信，这里开发的形式主义可以为研究人员在各向异性和双各向异性介质的理论光学领域的未来有用。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Beam oscillations and curling in chirped periodic structures with metamaterials
研究了在平均折射率为零的情况下，电磁波在由负折射率（或左手）超材料和常规介质交替层组成的一维啁啾周期结构中的传播.我们考虑的情况下，当周期性结构有一个线性啁啾，啁啾是通过线性变化的层的厚度在整个结构。我们应用渐近分析方法分析布洛赫振荡，发现，在一个鲜明的对比，普通的周期性介质结构，在多层堆叠的超材料的能量流可能有相反的方向在带边，从而提供了新的可能性，在传输带的波束转向。
2008-10-21 physics.optics
Finite superposition solutions for surface states in a type of photonic superlattices
我们发展了一种有效的方法来推导光子超晶格中的一类表面态。在满足一定条件的一类无限双色超晶格中，我们得到了它们的带隙态的有限部分，这些带隙态是它们的有限个不稳定Bloch波的叠加。利用这些不稳定的带隙内态，我们在光子超晶格的不同界面附近构造了几个稳定的表面态。我们分析探讨这些确切的表面状态的参数依赖性。我们的分析为表面态的存在提供了一个精确的证明，也将有助于理解其他晶格系统中的表面态。
2012-04-24 physics.optics quant-ph
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Universal behavior of dispersive Dirac cone in gradient-index plasmonic metamaterials
我们证明了解析和数值模拟的色散狄拉克锥模拟的ε近零（ENZ）的行为是一个家庭内的等离子体激元晶体的二维（2D）金属的普遍属性。我们的出发点是一个周期性阵列的二维金属片嵌入在一个不均匀和各向异性的介电主机，允许传播的横磁（TM）极化波。通过调用一个系统的分歧参数任意介电配置文件在一个空间维度上，我们展示了如何TM布洛赫波经历一个有效的介电函数，平均出微观细节的主机介质。当金属片的电导率和阵列的周期满足ENZ行为的临界条件时，相应的有效色散关系简化为狄拉克锥。我们的分析结果与数值模拟非常吻合。
2018-01-12 physics.optics
Control and Dynamic Competition of Bright and Dark Lasing States in Active Nanoplasmonic Metamaterials
有源纳米等离子体超材料支持竞争增益的亮模式和暗模式。利用Maxwell-Bloch方法结合朗之万噪声，我们研究了有源纳米渔网结构中的激光动力学。我们报告说，激光的明亮的负折射率模式是可能的，如果较高的Q值的暗模式是由增益歧视，空间或光谱。在瞬态阶段的非线性竞争之后是稳态发射，其中亮模式和暗模式可以共存。分析了泵浦光强度和偏振态对模式的影响，并探讨了模式控制的方法。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anderson localization in metamaterials and other complex media
我们回顾了最近（主要是我们的）关于复杂无序系统中光波和电子波的安德森局域化的一些结果，包括：（i）左手超材料，（ii）磁激活光学结构，（iii）石墨烯超晶格，和（iv）非线性介电介质。首先，我们证明了左手超材料可以显着抑制光的本地化，并导致一个有害的增强传输。这种抑制是必不可少的，在长波长极限的情况下，垂直入射，在特定角度的斜入射（布鲁斯特异常），并在附近的零μ或零μ频率的色散超材料。值得注意的是，在由交替的正常和左手超材料组成的无序样品中，倒数李雅普诺夫指数和倒数透射率增量可以彼此不同。其次，我们研究磁活性多层结构，表现出非互易本地化的光依赖于传播方向和偏振。在共振频率或实现下，这种非互易性导致光的有效单向传输。第三，我们讨论了波通过多层样品与超材料和石墨烯中的电荷输运之间的类比，这使得无序石墨烯超晶格的不寻常的导电性能的一个简单的物理解释。我们预测的狄拉克准粒子的透射系数在斜入射的无序诱导共振。最后，我们证明了介电介质中的非线性和无序的相互作用可以导致在谐振频率下介质内部激发的单个局域态的双稳性。这导致了波的非互易性传播和光的单向传输。
2012-07-08 cond-mat.dis-nn physics.optics
Analytical Equivalent Circuits for Three-dimensional Metamaterials and Metagratings
针对三维超材料分析复杂、计算成本高的问题，提出基于Floquet-Bloch模展开与积分方程的全解析框架及等效电路，可高效分析斜入射下的相关结构，还能实现正交偏振态独立控制，为全金属偏振片制备提供新思路。
2023-10-06 physics.app-ph physics.optics
