A comparison of graphene, superconductors and metals as conductors for metamaterials and plasmonics
超材料和等离子体的最新进展已经承诺了许多令人兴奋的应用，特别是在太赫兹和光学频率。不幸的是，这些光子结构中使用的贵金属在高频下不是特别好的导体，导致显著的耗散损耗。在这里，我们解决的问题是什么是一个良好的导体的超材料和等离子体。对于谐振超材料，我们开发了一个数字的优点导体，允许一个简单的分类导电材料根据所产生的耗散损耗的超材料。我们的方法的应用预测，石墨烯和高Tc超导体是不可行的替代金属的超材料。我们还提供了一些过渡金属，碱金属和透明导电氧化物的概述。对于等离子体系统，我们预测，石墨烯和高Tc超导体不能优于金作为表面等离子体极化激元的平台，因为石墨烯具有较小的传播长度与波长比。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconductors for Plasmonics and Metamaterials
等离子体通常属于金属光学领域。然而，作为近红外（NIR）和可见光谱范围内的等离子体激元元素的常规金属遭受诸如大损耗和与半导体技术不兼容的问题。用半导体代替金属可以缓解这些问题，只要半导体可以表现出负的实介电常数。掺铝氧化锌（AZO）是一种在近红外波段具有负实介电常数的低损耗半导体材料。基于AZO的等离子体激元器件（诸如超透镜和超透镜）与它们的基于金属的对应物的比较评估显示，基于AZO的器件在1.55 μ m的波长处显著优于。这提供了在电信波长处转向半导体等离子体激元的强烈刺激。
2011-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Modulational instability of a recent nonlinear plasmonic metamaterial: Finite-difference-time-domain simulations
通过进行时域模拟，我们发现[Physical Review Letters，106 105503（2012）]中提出的负到正折射率切换的建议可能是脆弱的。因此，我们最近的论文[arXiv：1111.1476v2]基于超材料的电路模型，对局域光学常数的均匀开关的否定意见可以在这个特定的和现实的情况下得到验证。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Titanium nitride as a plasmonic material for visible wavelengths
寻找比银和金等传统材料具有更好光学性能的替代等离子体材料，最终可能会导致等离子体器件和超材料的期待已久的现实应用。在这项工作中，我们表明氮化钛可以在可见光波长范围内作为替代等离子体材料。我们评估了各种等离子体和超材料结构的性能，氮化钛作为等离子体成分，并表明，变换光学器件和一类重要的超材料与双曲色散的基础上TiN可以显着优于类似的设备基于传统的金属在可见光波长范围内。
2010-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonically induced transparent magnetic resonance in a metallic metamaterial composed of asymmetric double bars
我们证明了当电磁波垂直入射到双杆平面上时，在非对称双杆结构中可以诱导出磁共振的俘获模式，而当双杆长度相等时，这种模式就不能被激发。通过调整结构几何形状，当它发生在偶极共振区时，被捕获的磁共振变得透明，几乎没有共振吸收，这是一种所谓的电磁感应透明的等离子体类似物的现象。因此，通过引入不对称性的附加磁共振被解释为非线性等离子体激元耦合的结果。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci 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
A comparative study of semiconductor-based plasmonic metamaterials
最近的超材料（MM）的研究面临着几个问题时，使用基于金属的等离子体元件作为积木的MEMS。使用传统金属进行介电常数测量受到几个因素的限制：金属如金和银在可见光和近红外（NIR）范围内具有高损耗，并且具有非常大的负实介电常数值，此外，它们的光学特性无法调节。如果使用半导体而不是金属作为等离子体材料，那么可以克服这些严重限制电子束器件应用的问题。重掺杂的宽带隙氧化物半导体可以在NIR中表现出小的负实介电常数和相对小的损耗。据报道，锌和铟的重掺杂氧化物是近红外范围内金属的良好、低损耗替代品。在这里，我们认为这些透明导电氧化物（TCO）作为替代等离子体材料的许多特定的应用，从表面等离子体极化激元波导的双曲色散和ε近零（ENZ）材料。我们表明，TCO优于传统的金属ENZ和其他MM-应用在近红外。
2011-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic metamaterial based virus detection system: a review
我们的大气层在不断变化，新的病原体不时爆发，现有的病原体也在不断变异。其中一些病原体，如SARS-CoV-2，变得如此致命，以至于它们使医疗保健的整个技术进步受到挑战。在这十年中，人类目睹了其他几种致命病毒的爆发，如寨卡病毒，埃博拉病毒，MERS冠状病毒等，虽然传统技术在一定程度上成功地检测到这些病毒，但这些技术耗时，昂贵，需要训练有素的人力资源。基于等离子体超材料的生物传感器可能为低成本快速病毒检测铺平道路。本文就基于等离子体和超材料的生物传感器在病毒、病毒颗粒和抗原检测方面的最新研究进展以及未来的研究方向进行了综述。对量子特性在生物传感中的出现、机器学习、人工智能和新材料在生物传感中的应用也作了简要的讨论。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics q-bio.QM
Plasmonic Light Trapping in an Ultrathin Photovoltaic Layer with Film-Coupled Metamaterial Structures
数值研究了一种薄膜耦合超材料结构，用于增强晶体砷化镓（GaAs）光伏层的光吸收。顶部的亚波长凹面光栅和底部的金属薄膜不仅可以有效地捕获光的波干涉和磁共振效应激发以上的带隙，但实际上也作为光子产生的电荷收集的电接触。在膜耦合超材料结构中，由有源层吸收的能量大大增强，导致短路电流密度在相同厚度下比独立GaAs层显著增强三倍。研究结果将有助于开发成本更低、效率更高的下一代太阳能电池。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theory of confined plasmonic waves in coaxial cylindrical cables fabricated of metamaterials
本文采用格林函数（或响应函数）理论，在没有外加磁场的情况下，对由右手介质（RHM）[含$ε>0$，$μ>0$ ]和左手介质（LHM）[含$ε(ω) <0$，$μ(ω) <0$ ]构成的同轴圆柱电缆中等离子体波的传播进行了理论研究。广义格林函数理论适用于此类准一维系统，使我们能够推导出相应响应函数（与电磁场相关）的显式表达式，而这些响应函数又可用于推导系统的各种物理性质。这种多界面结构中的受限等离子体激元波激发的特征在于定位在界面处并且远离界面指数衰减的电磁场。一个严格的分析诊断的一般结果在不同的情况下，使我们完全重现以前众所周知的结果在其他几何形状，在不同的理论框架内获得。作为一个应用程序，我们提出了几个说明性的例子上的色散特性的限制（和扩展）的等离子体波在单和双界面结构的色散超材料与传统的交叉。这些色散模式也证实通过计算的本地以及总的状态密度。据观察，色散分量使系统能够支持系统中的s-和p-偏振模式的同时存在。像这样的效应完全归因于负折射率超材料，否则是不可能的。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene Plasmonic Fractal Metamaterials for Broadband Photodetectors
超材料最近建立了一个新的范例，增强光吸收的国家的最先进的光电探测器。在这里，我们展示了宽带，高效，偏振不敏感，和门可调光电探测在室温下在一个新的元器件的基础上金/石墨烯谢尔宾斯基地毯等离子体分形。我们观察到了前所未有的内部量子效率高达100%，从近红外到可见光范围内的光学探测率的上限为$10^{11}$琼斯和增益高达$10^{6}$，这是一个指纹的多个热载流子在石墨烯中光生。此外，我们显示了100倍的增强光电探测由于高度集中（高达石墨烯的$|E/E_{0}|\approx20$的记录因子）的电磁场诱导的电可调多模等离子体激元，空间上的自相似的方式在超颖表面上本地化。我们的研究结果提供了直接洞察的物理过程，石墨烯等离子体分形超材料。所提出的结构代表了一个有前途的路线，实现宽带，紧凑，和主动平台，为未来的光电子器件，包括多波段生物/化学和光传感器。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cooperative nanoparticle self-assembly and photothermal heating in a flexible plasmonic metamaterial
我们从理论上研究了由芳纶纳米纤维和金纳米颗粒组成的柔性等离子体超材料的平衡行为和光热效应。纤维基体被认为是一个外部的领域，重新配置的纳米粒子组装。我们发现，加热过程调谐粒子-粒子和纤维-粒子的相互作用，这改变了吸附的纳米粒子在纤维表面或聚集在孔隙空间。因此，可以通过激光照射来控制纳米颗粒的自组装。金纳米颗粒强烈吸收辐射，并有效地将吸收的能量消散为热量。通过求解与有效介质近似相关联的传热方程，我们计算了空间温升。值得注意的是，我们的理论结果与先前的实验定量一致。这表明我们可以忽略粒子团簇引起的等离子体耦合效应。讨论了激光光斑大小和强度对光热加热的影响。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoporous alumina microtubes for metamaterial and plasmonic applications
在酸浴中对铝微丝进行双重阳极氧化，得到具有非分支径向发射孔的圆柱形纳米多孔氧化铝。所得到的纳米多孔氧化铝是一个圆柱各向异性以及径向不均匀的光学介质。详细的结构表征表明，纳米孔的直径与铝微米线的半径沿径向呈线性变化。在阳极氧化过程中，由于体积膨胀和应力积累，当形成足够的厚度时，在氧化铝外壳上形成微裂纹。微裂纹的形成可以通过阳极氧化电流来监测，当裂纹形成时，阳极氧化电流显示出突然的跳跃。去除阳极氧化丝芯部剩余的铝后，得到各向异性且不均匀的氧化铝微管。这种纳米多孔氧化铝微管形成独特的光波导，并可用于微尺度传热应用。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
Experimental Verification of 3D Plasmonic Cloaking in Free-Space
我们报告的实验验证的超材料隐身的三维物体在自由空间。我们应用等离子体隐身技术，散射抵消的基础上，抑制微波散射从一个有限长的介质柱。我们验证了散射抑制得到所有周围的物体在近场和远场，并为不同的入射角，验证我们的测量与分析结果和全波模拟。我们的近场和远场测量证实，现实和强大的等离子体超材料斗篷可以实现在微波频率下具有中等横截面的细长3D物体。
2018-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
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
Double Negative Dispersion Relations from Coated Plasmonic Rods
利用亚波长周期性的涂覆棒阵列构造了一种具有频率相关双负效应的超材料。显式幂级数的色散关系和相关的布洛赫波解。展开参数是周期晶格的长度尺度与波长的比值。对有限尺寸周期单元的直接数值模拟表明，色散关系的幂级数中的首阶项是超材料色散行为的良好预测因子。
2012-02-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.AP
Nonlinear Optical Spectroscopy of Photonic Metamaterials
我们获得了渔网状超材料在其磁共振附近的二次谐波、三次谐波和四波混频的光谱。共振行为明显不同于普通材料。它们是由共振是等离子体激元的事实引起的，并且其增强通过纳米结构中的局部场出现。
2007-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Three-Dimensional Nanotransmission Lines at Optical Frequencies: A Recipe for Broadband Negative-Refraction Optical Metamaterials
在这里，我们应用光学纳米电路的概念来设计和详细分析一个三维（3-D）等离子体纳米传输线网络，可以作为一个负折射宽带超材料在红外和光学频率。在我们的理论基础上讨论了启发式概念后，我们展示了这种材料的预期行为的全波分析结果，这些结果显示了增加的带宽和对损耗的相对鲁棒性。得到一个3-D完全各向同性的响应的可能性和约束条件进行了探讨和最小的损失和增加带宽的条件进行了讨论。还提出了在红外和光学频率下采用现实等离子体材料的一些设计实例的全波分析结果，并对使用这种材料的板的亚波长成像系统的情况进行了数值研究。
2006-09-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Plasmonic Cloaking of Cylinders: Finite Length, Oblique Illumination and Cross-Polarization Coupling
近年来，超材料隐身技术被提出并进行了研究。其中之一，散射抵消技术，或等离子体隐身，利用适当设计的薄均匀超材料覆盖物的等离子体效应，以大幅抑制特定频率范围内的中等大小的物体的散射。除了其固有的简单性，这种技术也持有各向同性响应和弱偏振依赖的承诺。它的理论已被广泛应用于对称的几何形状和规范的3D形状，但它的应用到细长的物体还没有探索相同的细节水平。在这里，我们推导出封闭形式的理论公式，无限柱任意波入射下，并验证其性能与全波数值模拟，也考虑了有限长度的影响和截断效应的圆柱体。特别是，我们发现，一个单一的各向同性（理想化）的隐身层可以成功地抑制占主导地位的散射系数的适度薄的细长物体，即使是有限的长度与入射波长相当，提供了一个弱的依赖于入射角。这些结果可能为等离子体隐身在各种感兴趣的实际场景中的应用铺平道路。
2010-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Applications of hyperbolic metamaterial substrates
我们回顾了双曲型超材料的性质，并表明它们是有前途的候选人作为基板的纳米成像，纳米传感，荧光工程和控制热发射。双曲超材料可以支持独特的体模、可调谐表面等离子体激元以及可用于各种应用的表面双曲态（Dyakonov等离子体激元）。我们比较了有效介质的预测与实际实现的双曲超材料，以显示其潜在的辐射衰减工程，生物成像，次表面传感，元等离子体和超普朗克热发射。
2012-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The quantum description and stimulated emission radiation of coupled metamaterials
近年来，人们对等离子体超材料的量子特性的研究越来越感兴趣。利用哈密顿量和二次量子化相结合的方法，研究了耦合异向介质的基本激发，给出了耦合异向介质的量子描述。利用相互作用哈密顿量进一步研究了耦合超材料的激发与量子点材料中激子的相互作用。在这样的阻尼系统中，一组朗之万方程被用来处理系统的量子运动。并发现了受激发射，可用于形成纳米激光器。耦合超材料及其相互作用系统的量子描述可以作为研究耦合超材料中量子效应的基本方法。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photo-to-heat conversion of broadband metamaterial absorbers based on TiN nanoparticles under laser and solar illumination
本文从理论上研究了TiN纳米粒子在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的随机混合超柔性材料的光热加热。由于TiN纳米颗粒的等离子体性质，入射光在宽带范围（300-3000 nm）内被完全吸收，从而在这些超材料内产生热量。在不同强度的808 nm近红外激光照射下，我们预测的温升作为时间的函数与最近的实验数据吻合得很好。对于给定的激光强度，温度升高随着TiN纳米颗粒的浓度而非单调地变化，因为随着添加等离子体纳米结构而增强的热导率和吸收的能量导致对加热过程的相反影响。当该模型扩展到太阳能加热，光热行为定性相似，但温度升高小于13 $K$。本文的研究结果对今后宽带理想吸收体光热转换的实验研究具有指导意义。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
