Fabrication method of a low-loss plasmonic waveguide containing both plasmonic-friendly and plasmonic-unfriendly metals
本研究开发出一种新型制备技术，通过优化光场限制，同时降低含等离激元友好型与非友好型金属的等离激元波导传输损耗，使单器件损耗低于1 dB，并通过实验验证了该技术的有效性。
2022-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid graphene plasmonic waveguide modulators
石墨烯独特的光学和电子性质使人们能够实现有源光学器件。虽然已经证明了几种类型的基于石墨烯的光子调制器，但将石墨烯的多功能性与等离子体/金属结构的亚波长场限制相结合的潜力尚未完全实现。在这里，我们报告的混合石墨烯等离子体调制器的制造和研究。我们考虑了几种类型的调制器，并确定了最有前途的光调制在电信和近红外。我们的概念验证结果为在芯片上实现用于光通信的高效石墨烯基有源等离子体波导器件铺平了道路。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall
Routing surface plasmons by a quantum-dot nanostructure: nonlinear dispersion effects
在量子信息处理中，通常采用单量子发射器的线性波导作为路由器来构建量子网络。在这里，我们研究了非线性色散对单表面等离子体激元的量子路由的影响，两个金属纳米线与一对量子点之间。利用实空间中的全量子理论，我们得到了单个表面等离子体激元在一对量子点散射下进入两个等离子体激元波导的四个出口的路由概率。结果表明，通过适当地设计点间距离和点-等离子体激元耦合，表面等离子体激元在等离子体激元波导通道之间的路由能力可以显著高于由具有线性色散的单发射极波导形成的相关网络。有趣的是，目前的二次色散在波导传递的表面等离子体激元输运的明显Fano样的共振。因此，所提出的双点配置可以用作用于控制等离子体波导中的表面等离子体激元路由的鲁棒量子路由器和等离子体Fano类共振控制器。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intermediate Field Coupling of Single Epitaxial Quantum Dots to Plasmonic Waveguides
本文针对GaAs量子点与银纳米线等离激元波导直接结合时损耗过大的问题，提出在中间场区域引入间隔层，并通过实验与模拟证明该方案可借助驻波干涉将耦合效率提升至四倍。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall
Propagation of Strongly Hybridized Edge Modes in Plasmonic Waveguides
在我们的工作中，我们研究了纳米级混合等离子体波导中光模的传播。基于频域麦克斯韦方程组的模拟实现了三维混合模式的特性研究。我们的分析结果被应用于设计一个先进的混合波导有用的特性。这里演示了如何将两个边缘等离子体激元与波导模式耦合，以形成针对电光晶体管（调制器）领域应用进行良好调谐的混合波导。边缘等离子体激元的混合偏振态允许它们与水平偏振（TE）光学模式（这对于通常的表面等离子体激元是不可能的）耦合，并为偏振无关等离子体激元调制器开辟了道路。
2020-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling single photons from discrete quantum emitters in WSe$_2$ to lithographically defined plasmonic slot-waveguides
我们报告的观察的产生和路由的WSe $_2$单层片状剥离光刻定义的金等离子体激元波导的局部激子产生的单等离子体激元。对不同量子发射器的位置的统计分析表明，它们是$(3.3 \pm 0.7)\times$，更有可能靠近等离子体激元波导的边缘形成。通过表征单个发射器，我们通过观察信号（$g^{(2)}(0) = 0.42$）的反聚束来确认它们的单光子特性，并证明特定的发射器耦合到近端等离子体激元波导的模式。对靠近和远离等离子体纳米结构的发射器进行的时间分辨测量表明，根据量子发射器相对于紧密限制的等离子体模式的精确位置，发生高达$15 \pm 3$的Purcell因子。测量的点扩散函数的五个量子发射器相对于波导与<50 nm的精度进行了比较，数值模拟表明，更高的耦合效率的潜力，理想定位的发射器的增加。这种应变诱导量子发射器与确定性等离子体激元路由的集成是朝向深亚波长片上单量子光源的一步。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid-infrared Active Graphene Nanoribbon Plasmonic Waveguide Devices
掺杂石墨烯由于其多功能的外部控制功能以及其高度压缩的石墨烯表面等离子体（GSP）波长而成为中红外波长的活性等离子体材料的强有力竞争者。在本文中，我们设计了基于电压门控非均匀介质层上掺杂石墨烯纳米带（GNRs）的电调制的有源等离子体波导器件。我们首先开发了品质因数（FoM）公式来表征无源和有源石墨烯纳米波导的性能。基于FoM，我们选择最佳GNR来构建等离子体快门，其由放置在由Si纳米柱支撑的非均匀SiO $_2$衬底上的GNR组成。模拟研究表明，对于一个简单的50 nm长的等离子体快门，调制对比度可以超过30 dB。等离子体快门被进一步扩展以构建4端口有源功率分配器和8端口有源网络，两者都基于GNR交叉结波导。对于有源功率分配器，每个波导臂处的GSP功率传输可以由所施加的栅极电压独立地控制，具有高调制对比度和几乎相等的功率分配比例。从8端口有源网络的构造中，我们看到可以将GNR交叉结波导放大为大型复杂的有源波导网络，在中红外石墨烯等离子体集成纳米电路的令人兴奋的新领域中显示出巨大的潜力。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Design of a Monopole Antenna Based Resonant Nanocavity for Detection of Optical Power from Hybrid Plasmonic Waveguides
提出了一种新型的等离子体波导耦合纳米腔与一个天线的混合等离子体波导本地化的光功率，并随后将其转换为电流。纳米腔被设计为法布里-珀罗波导谐振器，而微带天线由直接安装在波导终端的金属部分上的金属纳米棒制成，该金属部分充当导电接地。纳米腔与夹在天线和地面之间的天线馈电重合。来自波导的最大功率可以通过天线中以及纳米腔中的场谐振耦合到纳米腔中并在纳米腔中被吸收。模拟结果表明，在体积为220 × 150 × 60 nm $^3$的锗填充纳米腔中，可以吸收42%的光功率。该设计可以在纳米级光探测、亚波长光聚焦和操纵以及传感方面找到应用。
2013-12-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spectral imaging of topological edge states in plasmonic waveguide arrays
我们报告的观察拓扑保护的边缘状态在两个拓扑结构不同的域之间的界面的苏-Schrieffer-Heeger模型，我们实现在阵列中的倏逝耦合介质加载的表面等离子体极化激元波导。通过几个独立的实验获得的边缘状态的拓扑特征的直接证据：它的空间定位在界面上，以及一个子晶格的限制是由实空间泄漏辐射显微镜证实。通过傅立叶成像获得的相应的动量分辨光谱揭示了理论预测的边缘态的中间带隙位置。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultracompact Vanadium Dioxide Dual-Mode Plasmonic Waveguide Electroabsorption Modulator
亚波长调制器在集成光电子电路中起着不可或缺的作用。由于光与物质之间的相互作用很弱，因此开发具有纳米尺寸、低开关能量、低插入损耗和大调制深度的调制器一直是一个挑战。在本文中，我们提出了一个二氧化钒双模等离子体波导电吸收调制器的设计使用金属-绝缘体-VO $_2$ -绝缘体-金属（MIMIM）波导平台。通过改变二氧化钒的折射率，调制器可以在“接通”状态期间路由等离子体波通过低损耗电介质绝缘体层，并且在“断开”状态期间路由等离子体波通过高损耗VO $_2$层，从而显著降低插入损耗，同时保持大的调制深度。例如，这种超紧凑波导调制器可以实现~ 10 dB的大调制深度，有源尺寸仅为200 × 50 × 220 nm $^3$（或~λ $^3$ /1700），需要~4.6V的驱动电压。这种高性能的等离子体调制器可能是下一代芯片技术中完全集成等离子体纳米电路的关键之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic nanoantennas as integrated coherent perfect absorbers on SOI waveguides for modulators and all-optical switches
研究了SOI线波导顶部等离子体纳米天线结构作为调制器和全光开关的相干完美吸收体的性能。通过三维时域有限差分法模拟计算了金和铝纳米天线加载波导的吸收、散射、反射和透射光谱，包括沿波导传播的单波以及由两个反向传播波组成的驻波情况。研究的配置显示，调制器和开关应用的损耗约为1%，消光比大于25 dB，以及纳米天线区域的强场增强和定位等离子体效应。所提出的等离子体相干完美吸收体可用于相干网络中的超紧凑全光开关以及调制器，并且可在传感或增加非线性效应中找到应用。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Waveguides from Coulomb-Engineered Two-Dimensional Metals
库仑相互作用在原子级薄的材料中起着至关重要的作用。一方面，由于缺乏环境屏蔽，它们在分层系统中具有很强的长程作用。另一方面，它们可以通过周围的介电材料有效地调谐。因此，所有决定性地依赖于电子相互作用的确切结构的物理性质原则上都可以通过库仑工程从外部有效地控制和操纵。在这里，我们展示了如何使用这一概念在金属层状材料中创建全新的等离子体波导。我们详细讨论了如何介电结构的环境可以利用非侵入性地限制在一个均匀的金属2D系统的多体相互作用的修改等离子体激元激发。我们定义了这种机制的最佳能量范围，并证明了几个纳米内的等离子体约束。与传统的功能化机制相比，该方案依赖于纯粹的多体概念，并且不涉及对活性材料本身的任何直接修饰。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Plasmonic waveguides in two-dimensional materials: a quantum mechanical description using semiclassical techniques
本文提出一种基于半经典分析的半解析理论，用于描述二维材料中空间非均匀系统的等离激元波导，揭示全内反射和介电环境变化两种导波机制，为理解数值研究奠定基础。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent Controllable Transport of a Surface Plasmon Coupled to Plasmonic Waveguide with a Metal Nano Particle-Semiconductor Quantum Dot Hybrid System
利用实空间方法，研究了一维表面等离子体波导中半导体量子点和金属纳米粒子组成的混合纳米系统与单个等离子体相互作用时的开关现象.我们讨论了激子和局域表面等离子体激元之间的偶极耦合导致混合激子的形成，并且可以通过改变SQD和MNP之间的颗粒间距离和纳米颗粒的尺寸来控制传播的单个等离子体激元的透射和反射。利用这种纳米系统对单表面等离子体的可控输运，将在等离子体开关、单光子晶体管、纳米激光器和量子信息等新一代量子器件的设计中具有重要的应用前景。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dissipation-driven generation of two-qubit entanglement mediated by plasmonic waveguides
我们研究了金属波导表面等离子体介导的两个远距离量子比特之间纠缠的产生。我们表明，V形通道铣削在一个平坦的金属表面是更有效地为此目的比金属圆柱体。量子位的偶极矩的错位的作用，实验实现的一个非常重要的方面，也进行了研究。通过主方程对系统的量子动力学进行了仔细的分析，表明两量子比特纠缠的产生本质上是由于表面等离子体提供的有效量子比特-量子比特耦合的耗散部分。相干的外部泵浦，需要实现一个稳定的状态纠缠的影响，进行了讨论。最后，我们关注的问题是如何从实验上获得信息的纠缠度在系统中实现。
2011-12-01 cond-mat.mes-hall
Transport Properties of a Single Plasmon Interacting with a Hybrid Exciton of a Metal Nanoparticle-Semiconductor Quantum Dot System Coupled to Plasmonic Waveguide
采用实空间方法研究了一维表面等离子体波导耦合的半导体量子点和金属纳米粒子混合系统与单个等离子体相互作用过程中的输运性质.我们认为MNP与SQD相互作用导致了混合激子的形成，通过调节施加在MNP与SQD混合纳米体系上的经典控制场的频率、金属纳米颗粒的种类以及背景介质，可以控制单次入射等离子体激元的透射和反射.单等离子体激元与这种混合纳米系统相互作用的输运性质可以在下一代量子器件如单光子开关和纳米镜的设计以及量子信息处理中找到应用。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Waveguide-integrated, plasmonic enhanced graphene photodetectors
我们提出了一个微米级的，片上集成的，等离子体增强型石墨烯光电探测器（GPD）的电信波长工作在零暗电流。GPD的设计和优化直接产生光电压，并具有外部响应度~12.2V/W，3dB带宽~ 42 GHz。我们利用金分裂栅与$\sim$ 100 nm的间隙静电创建一个p-n结，同时引导表面等离子体极化激元间隙模式。这增加了光-石墨烯相互作用和光吸收，并导致GPD通道上的电子温度增加和温度梯度更陡。这为用于Tele和Telecom模块中的接收器的紧凑、片上集成、高能效的石墨烯光电探测器铺平了道路
2019-05-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Full loss compensation in hybrid plasmonic waveguides under electrical pumping
表面等离子体激元（SPP）为突破衍射极限和设计纳米级光学元件提供了机会，但其实际应用受到金属中高欧姆损耗的阻碍。在这里，我们提出了一种新的方法，在深亚波长金属-绝缘体-半导体波导几何结构的电泵浦下的有效SPP放大，并在非常低的泵浦电流密度为0.8 kA/cm $^2$的情况下，在红外线中的SPP传播损耗的数字证明充分补偿。该值比先前的研究低一个数量级，这是由于金属和半导体之间的薄绝缘体层，其允许少数载流子的注入并阻止多数载流子，从而将漏电流降低到接近零。所提出的结果提供洞察无损SPP引导和未来高密度纳米光子和光电电路的发展。
2015-01-15 cond-mat.mes-hall
Nanostructured optical waveguide with a highly confined mode
本研究提出一种工作于电信波长的纳米结构传输线，借助等离子体准反对称模式实现比优化硅波导小1.6倍的横截面，损耗适中且可补偿，适用于高密度集成光学系统。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ferroelectric-Gated Terahertz Plasmonics on Graphene
受低功耗铁电门控存储器和晶体管的最新进展的启发，我们提出了一种基于石墨烯片夹在铁电晶体中的铁电门控纳米等离子体器件的设计。我们发现，在太赫兹频率下，石墨烯中的二维等离子体激元与铁电体中的声子极化激元强烈耦合，导致仅在3- 4 THz下的100- 200 nm量级的特征模态波长。通过将铁电体图案化到不同的域中，可以产生紧凑的芯片上等离子体激元波导，其即使在50 nm的分离距离下也表现出可忽略的串扰。利用铁电体的记忆效应，可以在这些等离子体波导上实现低功率的电光开关。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Unidirectional single-photon emission from germanium-vacancy zero-phonon lines: Deterministic emitter-waveguide interfacing at plasmonic hot spots
为了实现纳米级的固态单光子源，我们研究了基于单晶纳米金刚石（ND）中孤立的单个锗空位（GeV）中心的类原子量子发射体。低温表征表明，与大块金刚石中的GeV中心相比，其基态的能量分裂增强高达6倍（即，在高应变ND中高达870 GHz，而在体中为150 GHz）。利用光刻对准技术，我们展示了一个集成的纳米光子平台，用于确定性接口等离子体激元波导与隔离GeV中心的ND，使单光子衰减率的10倍增强，以及通过明智地设计和定位布拉格反射器的发射方向控制。这种方法允许人们实现从单光子偶极源的单向发射，引入了一种新的方法，该方法是基于手性相互作用或拓扑保护的传播方向相关的技术的替代。所开发的基于等离子体激元的纳米光子平台由此为量子纳米光子学开辟了新的前景，特别是实现单光子和自旋量子比特之间的纠缠。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
