Strong-Field Terahertz Control of Plasmon Induced Opacity in Photoexcited Metamaterial
一种由辐射缝隙天线和次辐射互补开口环谐振器组成的太赫兹超材料，由于耦合振子亮模和暗模之间的相消干涉，在很窄的光谱范围内表现出等离子体激元诱导的不透明性。飞秒光激发瞬间淬灭模式耦合和等离子体激元振荡，将光载流子注入超材料中。耦合超材料中的等离子体共振被强太赫兹脉冲瞬时恢复。强太赫兹场诱导光生载流子的谷间散射和带间隧穿，并实现光生载流子迁移率的显著降低。非线性太赫兹相互作用的超快动力学揭示了光生载流子和等离子体激元振荡之间复杂的相互作用。等离子体激元振荡的高场THz控制意味着超高速等离子体激元的潜在应用。
2020-09-03 physics.optics
Multi-fold Enhancement of Quantum Dot Luminescence in a Plasmonic Metamaterial
我们报道了将半导体量子点与等离子体超材料杂交导致其光致发光光谱的强度增加和变窄。发光增强是腔量子电动力学Purcell效应的明确表现，可以通过超材料的设计来控制。这一观察是理解增益介质的超材料中的损耗补偿和开发超材料增强增益介质的重要一步。
2010-08-27 physics.optics
PT-Symmetric Plasmonic Metamaterials
从理论上研究了由强耦合平面等离子体波导构成的宇称时间（PT）对称三维异向介质的光学性质。通过调整的损失-增益平衡，我们展示了如何最初的各向同性材料变得既不对称和单向。PT对称超材料的高度可调谐的光色散为设计全新类别的三维块状合成介质提供了基础，其应用范围从亚衍射极限光学透镜到非互易纳米光子器件。
2013-06-01 physics.optics
Plasmon-polaritons and diffraction on the layer of asymmetric hyperbolic metamaterial
我们考虑了沿一层双曲型超材料的等离子激元在各向异性轴平面内传播，其方向任意。作为层状材料，我们使用周期性的平面层状人工介质或薄金属和电介质层的双曲超材料，并产生其均匀化。找到了快、慢、泄漏、滑动流、前向和后向等离子体激元-极化激元存在的条件，得到了任意偏振态平面波在这种结构上衍射的菲涅耳公式。计算了等离子体激元-极化激元的色散和平面波衍射。
2020-01-10 physics.optics
Oxides and nitrides as alternative plasmonic materials in the optical range
作为传统金属的替代品，新的等离子体材料在快速发展的等离子体和超材料领域提供了许多优势。这些优点包括低本征损耗、基于电容器的设计、与标准纳米纤维工艺的兼容性、可调谐性等。透明导电氧化物如Al：ZnO、Ga：ZnO和氧化铟锡（ITO）使得许多高性能超材料器件能够在近红外工作。过渡金属氮化物如TiN或ZrN可以在可见光频率中替代传统金属。在本文中，我们提供了这些新材料的制造和表征的细节，并讨论其适用于一些超材料和等离子体激元应用。
2011-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic plasmons on uniaxial metamaterials
我们分析了在半无限各向同性介质和有效单轴材料之间的界面处支持的具有双曲色散的表面电磁波。除了已知的具有双曲线色散曲线的等离子体激元类型外，有时也称为Dyakonov等离子体激元[Z. Jacob和E. E. Narimanov，APL 93，221109（2008）]，我们对具有双曲色散的两种新类型的表面波进行分类。与Dyakonov等离子体激元相反，这种波的一种类型不需要涉及双曲超材料。这些具有TE和TM电磁分量的混合偏振等离子体激元模式是定向的。其传播方向可以通过改变材料参数来控制。
2015-08-03 physics.optics
Multi-spectral near perfect metamaterial absorbers using spatially multiplexed plasmon resonance metal square structures
利用多路复用金属正方形等离子体共振结构，在多光谱波长下实现了近完美的红外线吸收。在两个单独的波长下，在双波段超材料吸收器中观察到超过95%的光功率吸收，并且在三个单独的波长下，在三波段超材料吸收器中观察到超过92.5%的光功率吸收。峰值吸收波长主要由多路复用结构中的金属正方形的尺寸确定。在峰值吸收波长处计算了介质间隔层中间的电场分布。结果表明，强的光吸收对应于超材料结构中的局部四极等离子体共振模式。
2013-01-30 physics.optics
Analytic theory of optical nano-plasmonic metamaterials
纳米制造技术的最新进展允许制造光学超材料，将其独特和非凡的特性带到可见光区及更远的地方。然而，由于金属的特征光学行为，光学纳米等离子体超材料的分析描述是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个分析理论，允许建立微波超材料模型的光波长。这种方法是实现纳米尺度的等离子体金属丝网和三螺旋超材料，我们得到一个准确的预测其色散行为在光学和近红外波长。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of double-negative metamaterials using single-layer plasmonic structures
提出了一种光频双负超材料（DMN）的设计方案，其中的单胞由单层等离子体包体构成。通过在夹杂物上引入一些适当布置的阶梯调制，材料的有效介电常数和磁导率可以由于高阶多极等离子体（静电）共振的激发而同时变为负。该方法为以极大的工程简单性构建低损耗光学DNM提供了可能性。
2008-09-15 physics.optics
Fractal plasmonic metamaterials for subwavelength imaging
我们发现，一个金属板与分形形状的狭缝可以均匀化的等离子体超材料与等离子体频率决定的分形几何。由于分形图案的全维亚波长性质，我们的系统支持横电和横磁表面等离子体。因此，这种结构可以用于聚焦具有全维亚波长分辨率和增强的场强的光源。微波实验表明，最佳可实现的分辨率只有，模拟表明，类似的效果可以实现在红外频率与适当的设计。
2009-08-26 physics.optics
Magnetic plasmonic Metamaterials in actively pumped Host Medium and Plasmonic Nanolaser
我们认为等离子体纳米天线沉浸在活跃的主机介质。特定形状的金属纳米天线由于磁等离子体共振（MPR）的激发而在光谱范围内表现出强磁性。一种情况下，当超材料包括这样的纳米天线可以证明“左手”和负磁导率在光学范围内被认为是。我们表明，高损耗预测的光学“左手”材料可以补偿增益介质。在这种磁活性超材料中实现本地生成所需的增益计算真实的金属。我们提出了等离子体纳米激光器，其中金属纳米天线像谐振器一样工作。所提出的等离子体激元激光器的尺寸比波长小得多。因此，它可以作为一个非常紧凑的电磁辐射源。
2006-11-14 physics.atom-ph physics.optics
Wide-angle infrared absorber based on negative index plasmonic metamaterial
描述了一种基于超材料的红外辐射广角吸收器的制造方法。该技术基于各向异性的完美阻抗匹配负折射率材料（PIMNIM）。分析表明，在所有三个维度PIMNIM的子波长使吸收接近100%的入射角高达$45°$的法线。提出了基于等离子体超材料的这种频率可调谐PIMNIM的具体实现。介绍了在红外成像和相干热源中的应用。
2009-01-13 physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 physics.optics
Distillation of photon entanglement using a plasmonic metamaterial
等离子体激元学是一种新兴的量子态工程平台，具有构建超紧凑和混合光电子器件的潜力。最近的实验表明，尽管存在退相干和损耗，光子统计和纠缠可以在单等离子体系统中保持。这种保持能力应该延续到等离子体超材料，其特性是许多单独的等离子体系统共同作用的结果，并且可以用于设计光的光学状态。在这里，我们报告了使用超材料的量子态过滤（也称为纠缠蒸馏）的实验演示。我们表明，超材料可以用于从纠缠度较低的状态中提取高度纠缠的状态。由于超材料可以与其他光学元件集成，这项工作开辟了将等离子体超材料纳入片上量子态工程任务的可能性。
2015-07-28 physics.optics quant-ph
Surface Plasmon Polaritons Sustained at the Interface of a Nonlocal Metamaterial
研究具有特定本构关系的异向材料所具有的基本物理效应是一个有着悠久传统的研究课题。除了智力好奇心，它的重要性还来自于预测可观察现象的能力，如果用实际的超材料发现这些现象，就可以清楚地表明其性质。在这里，我们考虑一个非局部（强空间色散），有损耗，各向同性的超材料和研究的非局部性的表面等离子体激元的色散关系的影响持续在真空和这样的超材料之间的接口。为此，计算了菲涅耳系数，并提出了合适的表面等离子体激元存在条件。关于实验观察到的反射从一个受抑的内反射几何形状的预测正在进行。观察到TE和TM偏振的不同行为。我们的工作解锁了新的机会，以寻求与现在的超材料的实验中的非定域性的痕迹。
2018-04-17 physics.optics
Plasmonic and Metamaterial Structures as Electromagnetic Absorbers
电磁吸振器在许多领域受到越来越多的关注。一系列的等离子体和超材料结构可以作为有效的窄带吸收器，由于激发等离子体或光子共振，提供了一个巨大的潜力，在设计选择性的热发射器，生物传感等应用在其他应用，如太阳能收获和光子检测，光吸收器的带宽要求是相当宽的。在这样的背景下，人们提出了多种宽带/多带吸收机制，如多共振混合、激发相位共振、利用各向异性材料减慢光的传播速度、采用高损耗材料等。
2014-04-23 physics.optics
Nonlinear coupled-mode theory for periodic plasmonic waveguides and metamaterials with loss and gain
我们推导了描述介质中电磁模式非线性相互作用的一般耦合模方程。我们的方法是严格的洛伦兹互易定理的基础上，它可以应用到广泛的金属介质光子结构，包括等离子体波导和超材料。我们验证了我们的一般结果与以前的分析的特定情况下，和预测的多层非线性渔网超材料的自和交叉相位调制的新效果。
2014-01-30 physics.optics
Density-independent plasmons for terahertz-stable topological metamaterials
为了有效地将尖端的太赫兹技术集成到紧凑的器件中，高度受限的太赫兹等离子体激元引起了人们的广泛关注。与金属中可见频率的等离子体激元相比，通常在轻杂质半导体或石墨烯中的太赫兹等离子体激元对载流子密度（n）敏感，因此具有容易的可调谐性，然而，这导致不稳定或不精确的太赫兹光谱。通过推导出一个简化的，但普遍的形式的等离子体频率，在这里，我们揭示了一个统一的机制，产生不寻常的n-独立的等离子体（DIP）在所有的拓扑状态与不同的维度。值得注意的是，我们预测，太赫兹DIP可以激发在2D的线和1D的点系统，证实了第一性原理计算几乎所有现有的拓扑半金属与不同的晶格对称性。除了与n无关外，DIP中费米速度和简并因子依赖的特性可以分别用于设计拓扑超晶格和多壁碳纳米管超材料，用于宽带太赫兹光谱和量子化太赫兹等离子体。令人惊讶的是，高空间限制和品质因数，也不敏感的n，可以同时实现在这些太赫兹DIP。我们的研究结果为开发稳定的太赫兹应用的拓扑等离子体器件铺平了道路。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Generation of photon-plasmon quantum states in nonlinear hyperbolic metamaterials
我们通过非线性等离子体和超材料纳米结构中的自发波混合开发了集成成对光子等离子体激元产生的一般理论框架，通过电磁格林函数严格解释了量子机制中的材料色散和损耗。我们在具有70%内部量子效率的层状金属-介质结构中发现了光子-等离子体激元关联，并揭示了双曲型超材料中由于拓扑转变而导致的宽带产生增强的新机制。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmon induced transparency in graphene based terahertz metamaterials
对太赫兹石墨烯超材料中的等离子体激元诱导透明效应进行了数值和理论分析。所提出的超材料包括一对石墨烯开口环谐振器，该谐振器交替地放置在纳米级石墨烯条的两侧。研究了石墨烯超材料在不同垂直和水平结构下的PIT效应。我们的研究结果表明，有没有PIT效应的石墨烯超材料时，两个开口环谐振器和石墨烯条的中心是彼此共线。这是一个值得注意的特征，因为对于基于金属的超材料结构中的类似配置，PIT效应不会消失。我们进一步表明，PIT效应可以通过改变石墨烯层的费米能来调节。为了验证数值计算结果，建立了一个三能级等离子体激元系统的理论模型。我们的研究对于设计基于石墨烯的频率捷变超薄太赫兹器件具有重要意义。
2017-11-10 physics.optics
Hyperbolic metamaterial as a tunable near-field spatial filter for the implementation of the active plasmon injection loss compensation scheme
我们提出了如何物理实现的辅助源中描述的最近推出的主动等离子体激元注入损耗补偿方案增强近场超透镜。特别是，我们表明，在主动等离子体激元注入方案中描述的辅助源的特性，包括可调谐窄带和选择性放大，通过卷积可以实现通过使用双曲超材料作为近场空间滤波器。除了损失补偿，建议的近场空间滤波器可以用于实时高分辨率边缘检测。
2017-10-26 physics.optics
Complex k band diagrams of 3D metamaterial/photonic crystals
提出了一种求解三维超材料/光子晶体系统复色散曲线的有限元方法。这种三维方法是以前报道的二维特征值方法的推广。这种方法对于分析包含色散的周期性系统（例如，等离子体）材料，用于计算k空间中的等离子体表面，以及用于计算倏逝波的衰减长度。两个具体的例子被认为是：一个光子晶体包括电介质球和等离子体渔网结构。杂交和避免米氏共振和传播模式之间的交叉数值证明。四个电磁模式区分其对称性的负折射率传播的等离子体激元渔网预测。通过计算等值线，我们还证明了渔网结构是一个双曲介质。
2011-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical active plasmonic devices with memory and power switching functionalities based on epsilon-near-zero nonlinear metamaterials
全光有源等离子体激元器件对于设计高效的纳米光子电路具有重要意义。我们从理论上提出并数值研究了一种有源等离子体激元器件，该器件由厚度小于100纳米的非线性ε近零超材料板组成，该板位于线性ε近零超材料衬底上。我们预测，在自由空间耦合配置，该设备，在低强度下工作，将显示等离子体介导的滞后行为，因为反射和入射光波之间的相位差原来是多值的，并依赖于激发过程的历史。这种滞后行为将允许将所提出的装置视为紧凑的存储器单元，其状态可通过测量由非线性等离子体波携带的所提及的相位差或功率来访问，所述功率也是多值的。由于多个等离子体激元功率包括正值和负值两者，因此该装置还将在沿着磁滞回线的每个跳跃处作为等离子体激元功率方向的开关操作。
2011-01-13 physics.optics
Termination-Driven Control over BIC Q-Factors and Frequencies in Plasmonic Double Net Metamaterials
本文揭示双网端接方式对等离子体双网超材料中准BIC模式谐振频率和品质因子的关键调控作用，通过对比两种端接极限并引入含倏逝体态的散射新方法，为相干光产生等应用提供工程设计原理。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Control of the surface plasmon dispersion and Purcell effect at the metamaterial-dielectric interface
研究了在金属-介质结构中使用超材料作为减轻金属吸收对Purcell效应的负面影响的方法。层状金属-介质结构在长波长范围内被视为各向异性介质。出现在这样的结构和不同的介电材料之间的边界处的表面等离子体激元的色散，以及在局部态密度的峰值的位置进行了研究的各种组合的材料和填充因子的周期性结构。Purcell因子的计算频率依赖性表明，与传统的等离子体结构相比，峰值增加。
2020-03-13 physics.optics
Surface plasmon driven scalable low-loss negative-index metamaterials at visible spectrum
我们证明了薄金属膜的表面等离子体激元与其周围的纳米结构的周期性阵列相互作用，可以利用在可见光谱，同时具有负的介电常数和磁导率的大块负折射率超材料。这些表面等离子体激元驱动的超材料具有高的品质因数，并且可以被任意调谐以在可见光谱中的任何波长下并且可能在紫外光谱下操作。我们用数值方法证明了这一想法的超材料结构，表现出强磁响应，导致在绿色区域的电磁波谱在536 nm的负折射率与3.67的品质因数。我们还表明，通过简单地改变构成材料，因此通过修改下面的表面等离子体激元色散，该结构的工作波长可以蓝移到紫色区域在406 nm的品质因数为2.27。与基于渔网结构的可见超材料方法相比，我们提出的方法提供了一种频率更可扩展的方式，可以在可见光和可能的紫外波长下实现负折射率，并具有高品质因数。
2011-11-15 physics.optics
Magneto-optical response in bimetallic metamaterials
我们证明了共振法拉第极化旋转等离子体阵列的纳米环谐振器组成的Au和Ni部分。这种超材料设计允许优化磁光效应的增强和等离子体激元耗散之间的权衡。尽管Ni部分对应于超材料的总表面的约6%，但所产生的磁光诱导的偏振旋转等于连续膜的偏振旋转。这种超材料可用于紧凑型磁传感器、有源等离子体元件和集成光子电路。
2016-03-28 physics.optics
Plasmon Injection to Compensate and Control Losses in Negative Index Metamaterials
超材料引入了一个全新的不寻常材料世界，其功能无法通过在亚波长尺度上模仿和控制自然现象而在自然发生的材料系统中获得。然而，固有的吸收损耗对超材料最吸引人的应用提出了根本性的挑战。基于一种新的等离子体激元注入方案，我们提出了一种补偿超材料损耗的相干光放大技术。虽然这里的概念验证设备仅在法向入射下工作，但我们提出的方案可以推广到任意形式的入射波。这种光放大方案与主要的光放大方案有根本的不同。它不需要增益介质，与声子的相互作用，或任何非线性介质。该方案允许无损耗的超材料。它非常适合减轻在可见光谱中工作的超材料的损耗，并且可扩展到其他光学频率。这些发现开启了从零开始制造“神奇”超材料的早期梦想的可能性。
2015-06-20 physics.optics
Observation of plasmon-phonons in a metamaterial superconductor using inelastic neutron scattering
超材料方法能够大幅提高复合金属-介电超导体的临界温度Tc。在体相Al-Al_2 O_3核壳超材料中观察到Tc的三倍。麦克斯韦-加内特近似的基础上的理论模型提供了一个微观的解释，这种效果的电子-电子配对介导的混合等离子体-声子激发。我们报告的第一次观察到这种激发在铝-氧化铝核-壳超材料使用非弹性中子散射。这一结果为超材料中超导性的新机制提供了支持，并解释了颗粒铝膜中Tc增强的50年之谜。
2019-07-09 cond-mat.supr-con physics.optics
Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium
表面等离子体激元（SPPs）激光需要粒子数反转，效率低，光谱特性差。我们开发了一种无反转的量子等离子体波导的概念，利用单向超辐射SPP发射的辐射产生强烈的相干表面等离子体光束。我们的方案包括一个共振驱动的冷原子介质在无损介质位于超低损耗负折射率超材料~（NIMM）层。我们提出在原子介质和NIMM层界面内产生等离子体场的单向超辐射，并通过引入超辐射SPP波和耦合激光场之间的相位匹配来实现放大的SPP。我们还建立了弱调制等离子体激元场和原子系综的集体振荡之间的参数共振，从而抑制稳定放大的定向极化激元模式的退相干。我们的方法结合了原子介质的量子增益，得到了超辐射SPP波相干放大的充分条件，并将此方法应用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导配置作为一个表面等离子体激元激光器和量子等离子体激元晶体管，并打开了前景，设计可控的纳米尺度激光器的量子和纳米光子应用。
2020-10-15 physics.optics
Terahertz volume plasmon-polariton modulation in all-dielectric hyperbolic metamaterials
本文研究了全介质双曲超材料中通过掺杂和几何参数调控太赫兹高k等离子体极化激元模式的方法与机制。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph 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
Plasmonic metamaterial cloaking at optical frequencies
在本文中，我们提出了在可见光频率工作的圆柱形和球形电磁斗篷的设计。斗篷的设计是基于使用由交替的等离子体和非等离子体材料组成的分层结构，并在光学频率下表现出有效的ε近零材料的集体行为。首先设计了一种圆柱形隐身衣，用于隐藏圆柱形目标。提出了两种可供选择的布局，并考虑了磁性和非磁性物体。最后，介绍了球形隐身衣的设计。整个文件中提出的全波模拟证实了所提出的设置的有效性，并显示如何使用这种技术来减少圆柱形和球形物体的可观测性。损失的影响也被考虑在内。
2008-07-30 physics.optics
Coupled magnetic plasmons in metamaterials
磁性超材料由尺寸小于其激发波长的磁性谐振器组成。其独特的电磁特性在早期被有效介质理论所描述。然而，有效介质模型没有考虑磁性元件之间的相互作用;因此，大块超材料的有效特性是许多非耦合谐振器的“平均效应”的结果。近年来，研究表明，磁共振器之间的相互作用可以导致一些新的现象和有趣的应用，不存在于传统的非耦合的超材料。本文综述了超材料中耦合效应引起的磁等离子体激元的研究进展。对于由多个相同的磁谐振器组成的系统，这些单元之间的耦合由于杂化而产生多个离散的谐振模式。在包括无限数量的磁性元件的系统的情况下，这些多个离散谐振可以通过强耦合扩展以形成连续频带。这种宽带和可调磁性超材料可能有有趣的应用。在未来，许多新型的超材料和纳米光子器件可以从耦合谐振器系统中开发出来。
2009-07-29 physics.optics
Broadband enhanced chirality with tunable response in hybrid plasmonic helical metamaterials
设计宽带增强的手性对于新兴的手性化学和传感领域，或者在最近引入的纳米光子手性量子和经典光学应用中控制光子的自旋轨道动量具有强烈的兴趣。然而，手征光-物质相互作用具有极其微弱的性质，难以控制和增强，并且不能调谐或宽带化。此外，在技术上重要的可见光到紫外光谱处实现强、宽带和可调谐手性的平面双纳米光子结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们解决这些重要的问题，通过实验证明和理论验证光谱可调，极大的，和宽带手旋光响应的纳米螺旋超材料。报道的全介电和介电-金属（混合）等离子体超材料的新设计允许通过大规模纳米光子结构实现有史以来最大和最宽的测量手性库恩不对称因子。此外，所提出的自下而上制造的光学超材料的强圆二色性可以通过改变它们的尺寸和它们的电介质和等离子体螺旋子部分之间的比例来调谐。目前展示的超材料有望为手光学领域的发展提供实质性的推动，从而在纳米尺度上显著增强和宽带手征光-物质相互作用。
2021-01-28 physics.optics
Observation of optical gyromagnetic properties in a magneto-plasmonic metamaterial
具有人工光学特性的异向材料引起了人们极大的研究兴趣。特别地，已经报道了在超材料中在光学频率处的非单位磁导率张量中的人工磁共振。然而，只有非统一的渗透率张量的对角元素已被证明到目前为止。在光学频率下没有观察到非零非对角元的旋磁磁导率张量。在这里，我们报告的磁等离子体超材料在近红外波长范围内的旋磁特性的观察。非零的非对角磁导率张量元素导致横向磁光克尔效应（TMOKE）下的s偏振入射，否则消失，如果磁导率张量不是旋磁。通过从反射、透射和TMOKE谱中提取磁导率张量元，我们发现在共振波长（~900 nm）处，开口环共振器的有效非对角磁导率张量元达到10-3水平，比磁光材料在相同波长处的有效非对角磁导率张量元高出至少两个数量级.人工旋磁导磁率是由于开口环谐振器调制的局部电场方向的变化。我们的研究表明，工程的磁导率和介电常数张量在任意频率的超材料的可能性，从而有希望的各种应用的下一代非互易光子器件，磁等离子传感器和有源超材料。
2021-10-12 physics.optics
Active control of broadband plasmon-induced transparency in terahertz hybrid metal-graphene metamaterial
报道了一种金属-石墨烯混合超材料（MM），用于实现THz波段宽带等离子体激元诱导透明（PIT）的主动控制。单胞由一根切割线（CW）、四个U形谐振器（USR）和USR下的单层石墨烯片组成。通过近场耦合，可以通过不同模式之间的干涉产生宽带PIT。基于石墨烯位置的不同排列，不仅可以实现宽带PIT幅度的电开关，还可以实现透明窗口带宽的调制。同时，慢光的能力和范围都可以动态地调节。这项工作提供了更多的自由度来操纵PIT的方案，这将在多功能THz调制中找到重要的应用。
2018-06-01 physics.optics
Gain assisted harmonic generation in near-zero permittivity metamaterials made of plasmonic nanoshells
我们研究了由球形等离子体纳米壳层组成的增益辅助的近零介电常数超材料中的增强谐波产生过程。我们报告的存在下，窄带功能的传输，反射和吸收诱导的活性材料的存在下的核心内的纳米壳。用于实现近零有效介电常数条件的阻尼补偿机制也引起场局部化和强度的显著增加，从而增强线性吸收。当只考虑金属非线性时，通过探测在近零介电常数条件附近的结构获得的二次和三次谐波产生效率接近值高达低至的辐照度值。这些结果清楚地表明，一个相对简单的路径，现在存在的发展奇异的和极端的非线性光学现象，在千瓦/厘米2的范围
2012-10-05 physics.optics
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
Circular Dichroism Enhancement in Plasmonic Nanorod Metamaterials
旋光性是源于晶体和分子的手性性质的基本现象。虽然普通手性材料对圆偏振光的固有手性响应相对较弱，但它们可以通过专门定制的纳米结构来增强。在这里，纳米棒超材料，包括一个密集的阵列的垂直排列的金纳米棒，显示提供显着增强的圆二色性响应的嵌入式材料。纳米棒复合材料，作为一个人工单轴晶体，充满了手性硫化汞纳米晶体嵌入在透明聚合物。基于纳米棒的超材料是固有的非手性的，使得光学活性增强或抑制成为可能。固有的非手性结构的独特性质，以定制光学活性铺平了道路，灵活的表征分子和纳米晶体基化合物的光学活性。
2018-01-11 physics.optics
Second-Harmonic Generation of Spoof Surface Plasmon Polaritons Using Nonlinear Plasmonic Metamaterials
二次谐波产生是非线性效应的重要应用之一，在过去的几十年里引起了非线性光学和微波领域的极大兴趣。然而，据我们所知，产生表面等离子体激元（SPPs）的二次谐波还没有报道。在这里，我们提出了在微波频率下使用亚波长尺度的非线性有源器件集成在专门设计的等离子体波导，这是由两个双波纹金属条印刷在一个薄的介质板的顶部和底部表面反对称的高效率的欺骗SPP的二次谐波。我们发现，等离子体激元波导支持具有强亚波长效应的欺骗SPP的宽带传输，其色散特性可以通过改变几何参数来控制。通过将半导体材料制成的非线性器件加载到两个等离子体激元波导的交叉点上，实验证明了在宽频带内产生二次谐波等离子体激元的有效性.所提出的二次谐波发生器可以直接用作SPP倍频器，并且所提出的方法可以扩展到实现高次谐波和产生SPP混频器，这是SPP集成电路和系统所必需的。
2015-05-13 physics.optics
Toy model for plasmonic metamaterial resonances coupled to two-level system gain
我们提出，解决，并讨论了一个简单的模型的超材料纳入光学增益：一个单一的玻色子共振耦合到一个费米子（倒）两级系统共振通过本地场的相互作用。对于给定的稳态反演，该模型可以解析求解，揭示了丰富的各种各样的（法诺）吸收/增益线型。我们还给出了一个解析表达式的固定反转所产生的增益钉扎在稳态条件下。此外，“激光SPASER”的动态响应，即，它的弛豫振荡，可以通过简单的数值计算在同一模型内获得。因此，这个玩具模型可以被看作是通常的激光速率方程的近场光学对应。
2008-09-04 physics.optics
Theory of fishnet negative-index optical metamaterials
我们从理论上研究了渔网超材料在光频。在早期的作品相比，我们提供了一个微观的描述，通过跟踪的横向和纵向流动的能量通过交叉的亚波长等离子体激元波导组成的渔网网格。分析是由一个半解析模型的基础上表面等离子体耦合模方程，它提供了准确的公式渔网折射率，包括实负和虚部。该模型简单地解释了表面等离子体激元如何在波导交叉点处耦合，并在光频下对渔网负折射率范例进行了新的解释。扩展的理论与增益介质的损耗补偿的异向介质。
2011-05-17 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
Spatial nonlinearity in anisotropic metamaterial plasmonic slot waveguides
研究了由具有正克尔型非线性的各向异性材料芯和两个半无限金属区域构成的等离子体缝隙波导的主要非线性解。首先，我们表明，对于一个高度各向异性的对角椭圆形核心，非对称模式的分叉阈值从GW/m的各向同性的情况下的阈值降低到50 MW/m的一个表示强烈增强的空间非线性效应，和非对称模式的色散曲线的斜率保持正值，至少在分叉附近，这表明一个稳定的模式。其次，我们表明，对于双曲的情况下，没有物理意义的非对称模式，有效的非线性的符号可以成为负的。
2016-09-06 nlin.PS physics.optics
Measurements of Broadband Negative Index in Space-Coiling Acoustic Metamaterials
我们报道了在一种超声波材料结构中获得宽带负折射率的实验证明。采用两种不同的方法来证明超材料的负折射率性质：从反射和透射测量中提取有效参数的一维提取，以及令人信服地显示对应于负折射的透射角的基于棱镜的二维测量。在后一种情况下观察到的透射角也非常符合在一维测量和数值模拟中获得的折射率。我们期望这种透明的超材料成为实际声学超材料设备的选择单位单元，这些设备需要宽带和显著的负折射率。
2012-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fundamental mechanism underlying subwavelength optics of metamaterials: Charge oscillation-induced light emission and interference
光和导电纳米结构之间的相互作用可以导致各种新颖和迷人的现象。这些性质可能有广泛的应用，但其潜在的机制尚未完全理解。通过计算导电光栅上的表面电荷密度波，并将其与经典的表面等离子体激元进行比较，我们揭示了一个关于光与结构化导电表面上的自由电子振荡耦合的一般而具体的图像，该图像可以导致振荡的亚波长电荷图案（即，欺骗表面等离子体，但没有经典表面等离子体的色散特性）。从这些光源发出的新的小波然后相消干涉以形成倏逝波。该原理通常与其他机制（例如共振）相结合，主要是一种几何效应，可以普遍涉及包含自由电子的所有周期性和非周期性结构（包括完美导体）的光散射。欺骗表面等离子体激元图像可以为开发基于超材料的纳米光学器件提供明确的指导。
2009-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.pop-ph
Extreme mid-infrared field enhancement and anapoles in high-index plasmonic metamaterials
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学学院）；NanoPhotonics Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心）
本文基于金纳米颗粒自组装超材料，实现中红外波段有效折射率超过15且间隙场增强两个数量级，并通过设计支持anapole的紧凑超材料器件进一步增强纳米间隙场，使量子发射器的受激辐射响应增强三个数量级。
2026-06-18 physics.optics
Surface plasmons in metamaterial cavities
University College London（伦敦大学学院）
本文研究非俘获超材料腔中具有负折射率的表面等离子体激元散射问题，表征了支持该现象的折射率条件，并证明相应共振态超多项式接近实轴，同时给出其数量渐近公式与局域化性质。
2026-10-08 math-ph math.AP math.MP
High-order virtual gain for optical loss compensation in plasmonic metamaterials
针对复频率波在极端损耗下信号迅速衰减至零的问题，提出高阶虚增益合成波方法，在保持损耗补偿效率的同时减缓衰减速率，在等离子体共振系统中实现20倍噪声抑制，广泛适用于成像、生物传感和集成光子信号处理。
2025-05-28 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Exploiting metamaterials, plasmonics and nanoantennas concepts in silicon photonics
光与亚波长金属纳米结构的相互作用是当前不同科学热点的核心，即等离子体，超材料和纳米天线。在过去的十年中，这些学科的研究已经产生了新的，强大的概念，提供了前所未有的程度的控制光操纵在纳米级。然而，直到最近，这些概念才被用于增加当前光子集成电路（PIC）中的光处理能力，传统上，光子集成电路仅依赖于元件尺寸大于光波长的电介质材料。在不同的PIC平台中，硅光子学有望成为主流，因为使用成熟的CMOS工艺制造能够大规模生产低成本PIC。在这篇综述中，我们讨论了引入超材料，等离子体和纳米天线领域的最新概念到硅光子集成平台的好处。我们回顾了这一方向的现有工作，并讨论了这种混合方法如何能够改善目前的PIC，使新的和破坏性的光子学应用。
2020-01-07 physics.app-ph physics.optics
Programmable Multifunctional Plasmonic Waveguide System based on Coding Metamaterials and Inverse Design
在这篇文章中，我们提出了一个可编程等离子体激元波导系统（PPWS），以实现几个不同的功能的基础上金属编码超材料（MCMs）和逆向设计技术。由于PPWS中的MCM是可重编程的，因此不需要花太多时间考虑功能和结构之间的关系。为了证明PPWS的有效性，我们利用它来实现几个滤波功能，包括带阻和带通滤波器。仿真结果表明，基于遗传算法、粒子群算法、多遍历直接二叉搜索算法和模拟退火算法的滤波器性能得到了改善。特别是窄带滤光片的带宽和品质因数可达6.5 nm和200.5。除了简单的滤波功能，一些相对复杂的传输特性，可以通过使用PPWS，如等离子体激元诱导的类相干效应。遗传算法优化时间短，性能稳定，被认为是本系统最有效的逆设计方法。与以前的工作相比，我们提出的PPWS不仅提供了一个通用的框架，获得一个有效的，灵活的和紧凑的等离子体器件，但也显示了光子器件的逆设计的应用。
2021-01-02 physics.optics
Graphene and active metamaterials: theoretical methods and physical properties
长期以来，光与物质的相互作用引起了科学家们的兴趣。在这种背景下，等离子体激元领域通过光与金属中价电子的相互作用而出现。在长波长极限的随机相位近似用于分析研究三维金属中的等离子体激元，在二维电子气，最后在最著名的二维半金属，即石墨烯。我们发现，在体金属以及在一个二维的电子气中的等离子体激元起源于经典的法律，而量子效应出现的非局部修正。另一方面，石墨烯等离子体是纯粹的量子模式，因此它们不会存在于“经典世界”中。此外，在某些情况下，光能够与金属表面上的等离子体激元耦合，形成表面等离子体激元，由于其亚波长性质，这在纳米等离子体激元中非常重要。此外，我们概述了两个应用程序，完成我们的理论研究。首先，我们研究了增益（有源）的存在如何影响表面等离子体极化激元的性质，我们发现，有一个增益值的金属损失被完全消除，导致无损等离子体传播。其次，我们将石墨烯单层以周期性顺序组合，并构建了一种等离子体超材料，该材料提供可调的波传播特性，例如ε近零行为，正常和负折射。
2017-04-06 physics.optics
