Plasmonic properties of electrochromic doped metal oxides investigated through Kubelka Munk formalism
本研究探讨了Kubelka Munk理论在电致变色掺杂金属氧化物（如氧化铟锡和钼钨氧化物）等离激元特性表征中的应用，推导并验证了适用于小尺寸颗粒的分析模型与稀释方法，为通过漫反射测量高效表征金属氧化物光学特性提供了关键依据。
2024-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electric field enhancement with plasmonic colloidal nanoantennas excited by a silicon nitride waveguide
我们研究了CMOS兼容的光学结构开发新型集成光谱系统的可行性。我们表明，利用等离子体纳米球的二聚体可以实现局部场增强，所述等离子体纳米球可以从CMOS兼容的光波导顶部的胶体溶液组装。共振二聚体纳米天线被激发的集成氮化硅波导中引导的模式。模拟结果表明，100倍的电场增强建立在二聚体间隙相比，波导倏逝场振幅在相同的位置。我们研究了场增强如何依赖于二聚体的位置，取向，距离和激发波导模式。
2016-02-16 physics.optics
Nanoscale Plasmonic and Optical Modulators Based on Transparent Conducting Oxides
最近的实验表明，在金属氧化物半导体（MOS）结构中，可以通过积累电荷来实现透明导电氧化物（TCO）中的单位阶折射率变化。然而，TCO的厚度（~ 5 nm）积累层和固有吸收阻碍了这种效应的实际应用。在此，我们提出并探索了一种新的波导，即“TCO槽波导”，它结合了TCO的可调谐特性和槽波导的场增强。特别地，当槽的介电常数被调谐为接近零时，光吸收可以急剧增强。基于TCO缝隙波导，可以在200 nm内实现有效的电吸收调制，插入损耗小。
2012-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Band engineering of ternary metal nitride system Ti1-x ZrxN for plasmonic applications
化学成分是决定电子能带结构的主要因素，因此也影响包括氮化物和氧化物的等离子体陶瓷的光学性质。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了TiN、ZrN及其中间合金Ti_（1-x）Zr_xN（x= 0，0.25，0.50，0.75和1）的光学和等离子体性质。我们证明了电子能带结构调谐（能带工程）的介电性能的影响，通过改变金属成分的浓度。我们的计算表明，体等离子体频率，带间跃迁的开始，体等离子体共振的宽度和交叉频率，可以灵活地调谐在可见光谱区通过改变量的Zr浓度在Ti 1-xZrxN合金系统。我们发现，低阈值带间能量的开始（~1.95 eV）导致高损失的富钛化合物比ZrN，这指向较低的损失。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Plasmonic resonances in nanostructured transparent conducting oxide films
透明导电氧化物（TCO）正在成为替代贵金属（诸如银和金）的可能的替代组成材料，用于近红外（NIR）区域中的低损耗等离子体激元和超材料（TEM）应用。已经研究了TCO的光学特性，以评估这些材料作为等离子体和MM设备中的金属替代品的功能和潜力，即使除了它们通常用作电极材料之外。然而，在纳米尺度上图案化TCO，这是等离子体和MM设备所必需的，没有得到很好的研究。本文研究了TCO的纳米图案化工艺，特别是电子束光刻的剥离技术，以及利用TCO实现等离子体纳米结构。通过采用开发的纳米图案化工艺，我们制作了TCO纳米盘的二维周期性阵列，并表征了材料的等离子体特性，以评估TCO作为金属替代品的性能。在1.6 ~ 2.1 μ m波长范围内观察到了体等离子体中自由电子的光致集体振荡和局部表面等离子体共振。观察到定义明确的共振峰，这可以通过改变掺杂剂的量和通过在氮气环境中热退火TCO纳米盘同时保持低损耗特性来显著地调谐。
2012-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Colloidal Titanium Nitride Nanobars for Broadband Inexpensive Plasmonics and Photochemistry from Visible to Mid-IR Wavelengths
开发具有高载流子密度的胶体等离子体纳米材料，其显示从可见光到中红外（MIR）范围的光共振和光化学活性仍然是一个具有挑战性的追求。在这里，我们报告的氮化钛（TiN）纳米棒的制造使用两个步骤的基础上的湿化学路线合成的TiO 2纳米线和随后的高温退火氨流。所得TiN纳米棒的电磁模拟揭示了一组丰富的光学共振，其特征在于横向，纵向和混合横向纵向等离子体激元模式，覆盖从可见光到MIR区域的能量。修饰有Pt助催化剂纳米晶体的TiN纳米棒在940 nm处的近红外激发下由于增强的热电子产生而显示出与相似尺寸的各向同性TiN纳米球和TiN纳米立方体相比增强的光催化析氢活性。我们还表明，等离子体TiN纳米棒可用于检测糠醛分子的振动，通过提供一个强大的表面增强红外吸收（SEIRA）的影响，在MIR区域。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimization of the plasmonic properties of titanium nitride films sputtered at room temperature through microstructure and thickness control
本文提出在室温下通过调控磁控溅射工艺细节、化学计量比、微结构及薄膜厚度来优化TiN薄膜的等离激元性能，实现了与CMOS兼容且成本有效的大面积制备，最佳样品在700 nm和1550 nm处FoM均达2.1。
2024-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light trapping using dimer of spherical nanoparticles based on titanium nitride for plasmonic solar cells
本文设计了一种基于TiN的球形二聚体等离激元纳米颗粒用于光伏光捕获，通过对比Ag、Au、Al证明其在可见光与近红外波段具有更优的吸收增强性能，可将硅的平均吸收功率从约19%提升至约75%。
2023-07-09 physics.app-ph 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
Fluorescence coherence with anodic aluminum oxide hybrid photonic-plasmonic structure
提出了一类具有垂直圆柱腔的光子-等离子体激元混合结构（HPPS），并研究了其利用自发发射产生相干光的性能。结果表明，所提出的易于制造和强大的阳极氧化铝结构显着提高了时间和空间的相干性相比，以前检查HPPS。基于所提出的HPPS的特殊光学性质解释了实现时间和空间相干性的物理机制，并讨论了这种结构如何使一个调整混合光子-等离子体光学模式以获得不同频率的发射器的相干性。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Doping-Dependent Optical Response of a Hybrid Transparent Conductive Oxide/Plasmonic Medium
了解等离子体纳米粒子和透明导电氧化物之间的相互作用有助于开发下一代光伏，光电和节能固态照明设备。采用椭圆偏振光谱法研究了不同掺杂浓度的掺铝氧化锌薄膜上沉积的金纳米粒子组成的混合介质的光学响应。首先讨论了裸AZO的介电函数，揭示了掺杂引起的效应，如带隙位移和自由载流子的出现。在混合介质中，蓝移的局部表面等离子体共振的金纳米粒子作为增加Al掺杂的基板的功能进行了观察，归因于发生的两种材料之间的电荷转移和掺杂依赖的基板的极化率的变化。
2022-01-13 physics.optics
Coupling of deterministically activated quantum emitters in hexagonal boron nitride to plasmonic surface lattice resonances
本文提出一种可扩展耦合方法，使六方氮化硼中的色心系综与离域高品质等离激元表面晶格共振耦合，为室温单光子源及片上光子量子应用提供新平台。
2019-09-05 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Coupling Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride to Titanium Oxide Ring Resonators
自旋相关的光学跃迁在量子技术中的大量应用中具有吸引力。在这里，我们报告利用高品质的环形谐振器制造的二氧化钛，以提高发射带负电荷的硼空位在六方氮化硼。我们表明，从这些缺陷的发射可以有效地耦合到环形谐振器的回音壁模式。光耦合硼空位显示光致发光对比度在光学检测的磁共振信号的混合耦合器件。我们的研究结果表明，一个实用的方法集成的自旋缺陷在二维材料与介质谐振器，这是一个有前途的平台，量子技术。
2022-05-09 physics.optics
Plasmonic Induced Potential in Metal-Semiconductor Composits
我们利用实验工具，如导电原子力显微镜和静电力显微镜上的光激发的铟锡氧化物衬底上的金纳米粒子阵列。纳米颗粒部分被薄的半导体聚合物覆盖。分析了在金属纳米颗粒的等离子体共振频率下激发后复合金属-半导体样品的电流和电势分布的变化。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Interplay of plasmonics and strain for Hexagonal Boron Nitride emission engineering
本文构建金截头纳米锥集成hBN平台以激活单光子发射，并结合Kirchhoff-Love理论与Maxwell方程分析应变和等离激元作用，但发射缺陷来源仍受金荧光干扰。
2024-01-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling Spin Defects in a Layered Material to Nanoscale Plasmonic Cavities
六方氮化硼中的自旋缺陷，特别是带负电荷的硼空位（VB）中心，是量子传感的新兴候选者。然而，VB缺陷的量子效率低，因此表现出弱的光致发光。在这项工作中，我们展示了一种可扩展的方法，通过耦合到等离子体间隙腔来显着增强VB-发射。等离子体腔由平坦的金表面和银立方体组成，其间放置有几层hBN薄片。采用这些等离子体腔，我们提取了两个数量级的光致发光增强与光学检测的磁共振对比度相应的2倍增强。这项工作将是关键的进展，量子传感采用二维材料，并实现纳米光子器件与自旋缺陷的六方氮化硼。
2021-08-05 physics.optics
Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications
新兴的光子材料-导电氮化物和氧化物-的独特性质，特别是它们的可定制性，大的损伤阈值，以及所谓的ε近零（ENZ）行为，使新的光子现象跨越光学电路，可调超颖表面和非线性光学器件。这项工作探讨了直接控制的多晶氮化钛（TiN）和铝掺杂氧化锌（AZO）的光学性能，通过定制的薄膜厚度，和他们的潜力ENZ增强的光子应用。我们表明，氮化钛AZO双层作为Ferrell Berreman超颖表面厚度可剪裁的ε近零共振的AZO薄膜中操作的电信波长从1470到1750 nm。双层堆叠也充当强光吸收器在紫外线制度采用辐射ENZ模式和法布里-珀罗模式的组成TiN膜。所研究的Berreman超颖表面表现出15%的光致反射调制与皮秒响应时间。结合导电氧化物和氮化物的光学响应可定制性，利用可调谐ENZ区域附近的场增强可以实现广泛的非线性光学现象，包括全光开关，时间折射和高次谐波产生。
2022-03-26 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Nanocavity to Boost Single Photon Emission from Defects in Thin Hexagonal Boron Nitride
本文提出将等离子体金属纳米腔与含缺陷的六方氮化硼薄片集成，在室温下显著加速并增强单光子发射，结合理论计算证明纳米腔是关键，为室温集成量子光子网络提供高效单光子源。
2024-10-22 physics.optics quant-ph
Transparent conductive oxides and low loss nitride-rich silicon waveguides as building blocks for neuromorphic photonics
提出一种结合低损耗富氮化硅波导与透明导电氧化物的新型光子平台，利用其高非线性与双稳态特性，实现完全兼容CMOS的光子存储器件，以突破电子处理限制并构建超快人工神经网络。
2023-07-31 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Suppressing Plasmonic Heating in Aqueous Environments with Hexagonal Boron Nitride
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Institute of Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学复杂分子系统研究所）；Institut Fresnel, CNRS, Aix Marseille Univ, Centrale Med（法国国家科学研究中心艾克斯马赛大学中央理工马arseille学院菲涅尔研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）
研究通过六方氮化硼薄片降低金纳米球在水中的等离子体加热，结合仿真与实验验证了其热管理效果及设计指导意义。
2026-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
3D Printable Plasmonic Titanium Nitride Nanoparticles Enhanced Thermoplastic Polyurethane Composite for Improved Photothermal De-Icing and Infrared Labeling
本研究制备了TiN增强的可3D打印TPU复合耗材，其打印图案光热性能优异，力学性能略有提升，在光热除冰、红外标记等领域有应用潜力。
2024-10-30 physics.app-ph physics.optics
Effective Third-Order Nonlinearities in Metallic Refractory Titanium Nitride Thin Films
纳米光子器件提供了一种前所未有的能力，可以将光集中到小体积中，这可以大大增加非线性效应。然而，传统的等离子体材料遭受低损伤阈值并且与标准半导体技术不兼容。本文利用Z扫描方法研究了新型耐高温等离子体材料氮化钛在1550 nm和780 nm波长下的非线性光学性质。我们比较提取的非线性参数TiN与以前的工作贵金属，并注意到类似的大的非线性光学响应。然而，TiN膜已被证明表现出比类似厚度的金膜高高达一个数量级的损伤阈值，同时也是鲁棒的、成本有效的、生物和CMOS兼容的。这些特性使TiN成为一种有前途的金属基非线性光学材料。
2015-07-23 physics.optics
Theoretical design study of FWM in silicon nitride waveguides with integrated graphene oxide films
我们从理论上研究和优化了氮化硅（SiN）波导与二维（2D）层状氧化石墨烯（GO）薄膜集成的四波混频（FWM）。基于广泛的先前测量的GO膜的材料参数，我们进行详细的分析，包括波导的几何形状，GO膜的厚度，长度和涂层的位置上的四波混频转换效率（CE）和转换带宽（CB）的设备参数的影响。讨论了GO薄膜的色散和光热变化对薄膜性能的影响。由于SiN波导和高非线性GO膜之间的强模式重叠，混合波导中的四波混频可以显著增强。我们与之前的实验结果取得了良好的一致性，并表明通过优化器件参数来平衡克尔非线性和损耗之间的权衡，FWM CE可以提高高达~20.7 dB，FWM CB可以提高~4.4倍，相对于未涂覆的波导。这些结果突出了通过集成2D分层GO膜可以在SiN波导中实现的显著增强的FWM性能。
2021-02-14 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
Greatly Enhanced Emission from Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride Enabled by a Low-Loss Plasmonic Nano-Cavity
已知二维六方氮化硼（hBN）具有多种量子发射体，其性质适合于广泛的量子光子应用。其中，具有光学可寻址自旋态的带负电荷的硼空位（VB-）缺陷由于其在量子传感中的潜在应用而最近出现。与块状晶体中的自旋缺陷相比，当放置在距hBN表面纳米级距离处时，VB-保留其自旋相干特性，从而实现纳米级量子传感。另一方面，VB-的低量子效率阻碍了其在实际应用中的使用。几项研究已经报道了使用等离子体效应改善VB缺陷的总体量子效率;然而，迄今为止报道的高达17倍的总体增强相对适度。在这项研究中，我们探索和展示了更高的发射增强VB-与超低损耗纳米贴片天线（NPA）结构。高达250倍的整体强度增强观察到NPA耦合VB缺陷。由于激光光斑超过了NPA的区域，因此NPA提供的实际增强被计算为~1685倍，这表示比先前报告的结果显著增加。重要的是，光学检测的磁共振（ODMR）对比度在这种异常强的增强下得以保持。我们的研究结果不仅建立了NPA耦合的VB-缺陷作为高分辨率磁场传感器在弱激光功率下工作，但也提供了一个有前途的方法来获得单一的VB-缺陷。
2022-07-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoassembly of quantum emitters in hexagonal boron nitride and gold nanospheres
利用等离子体共振器组装量子纳米光子系统对于单光子源的基础研究以及片上信息处理具有重要意义。在这项工作中，我们展示了可控的纳米组装金纳米球与超亮量子发射器在二维层状六方氮化硼（hBN）。我们利用原子力显微镜（AFM）尖端精确定位金纳米球的量子发射器附近，并观察由此产生的发射增强和荧光寿命减少。在实验中，hBN中的量子发射体实现了超过300%的荧光增强，辐射量子效率高达40%，饱和计数率超过500万计数/秒。我们的研究结果是有希望的未来就业的量子发射体在hBN的集成纳米光子器件和等离子体基纳米传感器。
2017-10-17 physics.optics quant-ph
Enhanced self-phase modulation in silicon nitride waveguides integrated with 2D graphene oxide films
我们实验证明了增强的自相位调制（SPM）的氮化硅（Si 3 N4）波导集成与二维氧化石墨烯（GO）薄膜。GO膜集成到Si 3 N4波导使用基于溶液的，无转移的涂层方法，使膜厚度的精确控制。详细的SPM测量进行使用皮秒和飞秒光脉冲。由于GO的高克尔非线性，与未涂覆的波导相比，混合波导显示出显著改善的光谱展宽，对于具有2层GO的器件，实现了高达~3.4的展宽因子。通过将实验结果与理论拟合，我们获得了高达18.4倍的波导非线性参数的改善，并且GO的克尔系数（n2）比Si 3 N4高约5个数量级。最后，我们提供了一个理论分析的影响，GO膜的长度，涂层的位置，其饱和吸收的SPM性能。这些结果验证了片上集成2D GO膜以增强Si 3 N4器件的非线性光学性能的有效性。
2022-05-31 physics.optics
Silicon Nitride Waveguides for Plasmon Optical Trapping and Sensing Applications
我们展示了一个氮化硅沟槽波导与蝴蝶结天线等离子体增强光捕获沉积。亚微米氮化硅沟槽波导的制作与传统的光学光刻在一个低成本的方式。波导不仅具有低传输损耗和高非线性的优点，而且具有微流通道和波导相结合的优点。包含在梯形沟槽通道中的分析物可以与来自下方波导的渐逝场相互作用。渐逝场可以通过等离子体纳米结构进一步增强。在金纳米蝴蝶结天线的帮助下，所研究的波导对10 nm聚苯乙烯纳米颗粒表现出出色的捕获能力。我们发现，蝴蝶结天线可以导致60倍的增强电场的天线间隙。纳米颗粒上的光捕获力提高了三个数量级。一个强烈的趋势表明，纳米粒子可能会移动到高场强区，表现出的天线的捕获能力。采用点偶极子假设计算了垂直方向的梯度力，解析解与全波模拟结果吻合较好。研究表明，纳米结构图案化的氮化硅沟槽波导适用于光捕获和纳米颗粒传感应用。
2015-09-14 physics.optics
High-harmonic generation in metallic titanium nitride
高次谐波是非线性光学的基石。它已在广泛的晶体系统中得到证实，包括晶体管、半导体和半金属，以及气体，由于金属的低损伤阈值，金属被排除在外。在这里，我们报告的高谐波产生的金属氮化钛（TiN）薄膜。TiN是一种难熔等离子体金属，以其高熔化温度和激光损伤阈值而闻名，具有与金相似的光学性质。我们表明，TiN可以承受峰值强度高达13 TW/cm $^2$，一个数量级高于金的激光脉冲，使带内谐波的发射高达11 eV的光子能量。这些谐波可以为产生真空紫外（VUV）频率梳的紧凑且高效的等离子体器件铺平道路。通过数值计算和实验研究，我们发现真空紫外辐射的强度标度和角度各向异性源于TiN的各向异性导电能带结构，从而证实了其带内起源。
2020-11-21 physics.optics
Confinement-Induced Nonlocality and Optical Nonlinearity of Transdimensional Titanium Nitride in the Epsilon-Near-Zero Region
National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）；National Tsing-Hua University（国立清华大学）；North Carolina Central University（北卡罗来纳中央大学）
本研究发现跨维钛氮在介电近零区域表现出显著增强的非线性吸收，揭示其作为高效非线性光学平台的潜力。
2025-12-17 physics.optics
A compact plasmonic MOS-based 2x2 electro-optic switch
我们报道了一种用于紧凑型光子集成电路和数据路由应用的三波导电光开关。该器件具有等离子体金属氧化物半导体（MOS）模式，用于增强光物质相互作用。开关机制源于类似电容器的设计，其中活性介质铟锡氧化物的折射率通过移动等离子体频率而改变，这是由于基于波导的MOS结构内部的载流子积累。该光操纵机构控制横向磁偏振光进入CROSS或BAR波导端口的传输方向。对于CROSS（BAR）状态，分别实现了18 dB（7）dB的消光比。超快宽带fJ/bit器件允许与硅绝缘体平台无缝集成，以实现低成本制造。
2015-06-08 physics.optics
Dynamic Control of Plasmonic Colors by Voltage Actuation MEMS Cantilevers for Optical Display Applications
使用ITO（氧化铟锡）和LC（液晶）材料的传统光学显示器在长期可持续性方面存在很多挑战。我们在这里展示了如何通过将基于传输的等离子体超颖表面与MEMS（微机电系统）技术相结合，仅使用两种常见材料来产生具有成本效益且CMOS兼容的快速和全范围电控RGB彩色显示器：铝和氧化硅。白光通过由铝纳米孔阵列制成的等离子体超颖表面过滤成红色、绿色和蓝色分量，并且通过每个滤色器的透射由在滤色器顶部上用铝和氧化硅制造的MEMS小型化杠杆调制。我们表明，一个彩色子像素的相对透射率可以自由调制从35%到100%。我们的像素还可以在800 Hz以上运行，从而实现未来的超快显示。我们的工作通过利用结构色和MEMS技术的进步来创新光学显示器，为未来的循环经济目标提供了一条道路。
2021-10-27 physics.app-ph physics.optics
Optical phased arrays for LIDAR: beam steering via tunable plasmonic metasurfaces
控制由元件发射的光的相位和振幅（即，像素）对于实现用于LIDAR应用的动态光束转向是至关重要的。在本文中，我们提出了一种由薄氧化物层覆盖的金属纳米天线和导电氧化物组成的等离子体像素，例如，ITO，用于反射阵列超颖表面。通过考虑通过金属连接器的纳米天线的电压偏置，并利用在积累和耗尽区的金属氧化物半导体电容器中的载流子折射效应，我们的模拟预测在$>330^{\circ}$范围内的反射系数相位的控制具有几乎恒定的幅度。我们讨论了光学响应的物理机制，连接器的效果，并提出了策略，以最大限度地提高反射系数的大小，并实现双波段操作。通过3D-FDTD模拟证明了我们的等离子体像素设计在LIDAR中用于光束转向的适用性。
2019-12-04 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Active Magnetoplasmonics with Transparent Conductive Oxide Nanocrystals
磁等离子体激元技术在设计有源光学元件方面具有很大的应用前景：利用磁场调制等离子体激元共振条件可以提高折射传感器和纳米光子光学器件的性能。然而，现实生活中的应用受到磁等离子体三元悖论的阻碍：1）良好的等离子体金属具有尖锐的光学共振，但具有低的磁光响应; 2）磁性金属具有强的磁光响应，但具有非常宽的等离子体共振; 3）混合两种组分会降低两种特征的质量。为了克服三难困境，我们使用了不同种类的材料，透明导电氧化物纳米晶体（NC）在近红外等离子体响应。虽然是非磁性的，但它们结合了大的回旋频率（由于小的电子有效质量）和尖锐的等离子体共振。我们用F和In掺杂的CdO（FICO）和Sn掺杂的In2O3（ITO）NC对该概念进行基准测试，以提高磁光法拉第旋转和椭圆率，达到非磁性等离子体材料的最高磁光响应，并超过最先进的铁磁纳米结构的性能。这些纳米颗粒的磁等离子体响应是合理的分析模型的基础上激发的圆形磁等离子体模式。最后，概念验证实验证明了FICO NC相对于磁等离子体折射传感的当前技术水平的优异性能，接近领先的局部等离子体折射方法的灵敏度，具有不需要复杂曲线拟合的优点。
2021-04-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multilayer plasmonic photonic structures embedding photochromic molecules or optical gain molecules
我们设计了嵌入不同的光致变色开关和激光功能分子系统的光子结构。用密度泛函理论研究了两个光致变色分子和4，4 '-双[（N-咔唑）苯乙烯基]联苯（BSB-Cz）的光吸收性质。对于光致变色的二芳基乙烯，我们推导了折射率与Kramers-Kronig关系，并设计了多层光子结构交替二芳基乙烯与聚乙烯基咔唑或氟铟共掺杂氧化镉（FICO）纳米粒子为基础的层.对于BSB-Cz，我们设计了一个一维光子晶体交替BSB-Cz层与$SiO_{2}$层和微腔嵌入BSB-Cz之间的铟锡氧化物（ITO）/ FICO纳米粒子为基础的多层膜。
2019-11-16 physics.app-ph physics.optics
Electron Confinement-Induced Plasmonic Breakdown in Metals
本文实验证实了超薄氮化铪中因电子限制导致等离激元共振击穿及光致金属-绝缘体转变，为跨维度基础物理与新型光子器件提供了新途径。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast structural color change in indium tin oxide/titanium dioxide 1D photonic crystal
光子晶体可以在其结构中集成诸如氧化铟锡（ITO）的等离子体材料。利用ITO等离子体特性，可以在施加外部刺激时调谐光子晶体的光子带隙。在这项工作中，我们已经通过射频溅射制备了一维多层光子晶体，我们已经触发了超快泵浦探测光谱的光学响应。在光激发时，我们观察到铟锡氧化物的折射率的变化。这种效应已被用于产生在超快时间尺度内改变其光子带隙的光子晶体。通过设计光子晶体实现了可见光区的全光调制。
2022-05-19 physics.app-ph physics.optics
Plasmon Enhanced Quantum Properties of Single Photon Emitters with Hybrid Hexagonal Boron Nitride Silver Nanocube Systems
针对六方氮化硼单光子发射器量子效率低的问题，构建其与银纳米立方体的混合纳米光子结构，实现了室温下超200%的等离激元增强，为量子光通信与计算应用提供了紧凑平台。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Silver plasmonic density tuned polarity switching and anomalous behaviour of high performance self-powered \b{eta}-gallium oxide solar-blind photodetector
深入了解等离子体纳米粒子（PNP）与光在半导体表面的相互作用，可以大大提高半导体光电子器件的效率。然而，PNP-光相互作用的关键决定于半导体表面上的PNP的分布密度，这是不完全理解。在这里，一个系统的研究描绘了银（Ag）纳米颗粒之间的间隙如何影响的性能的\b{eta} -Ga 2 O 3为基础的日盲光电探测器。有趣的是，观察到一个显着的过渡，其中变化的粒子间间隙不仅改变了极性，但也扭转了传统的光电探测器的行为。裸\b{eta} -Ga 2 O 3光电探测器的正瞬态响应与弱DUV光的切换其行为显着提高到20倍的负光响应时，由稀疏间隔的Ag-PNP与超高的响应度为107.47 A/W，在中等功率和令人难以置信的报告-最高的响应度为4.29 mA/W的单半导体\b{eta} -Ga 2 O 3层在自供电模式的装饰。此外，随着Ag-PNP的密度进一步增加，光电流随着照明而减小，这动态地将传统的光电探测器反转为非自然的异常效应。特别是，我们的研究代表了等离子体调谐效应的两个主动动态切换模式的第一次演示，即反向切换和异常行为，其基本原理还没有实验研究。最后，我们提出了一个统一的解释良好的模型，合理化所有观察到的实验趋势，同时建立建立潜在的应用的基础。
2018-09-09 physics.app-ph physics.optics
Waveguide optical parametric amplifiers in silicon nitride with 2D graphene oxide films
本文首次将二维氧化石墨烯薄膜集成到氮化硅波导中，通过精确控制薄膜厚度、长度和位置，将光参量放大增益提升约12.2 dB，为高性能光子集成OPA提供了新方法。
2024-01-14 physics.app-ph physics.optics
Replacing Noble Metals with Alternative Materials in Plasmonics and Metamaterials: how good an idea?
目前在等离子体激元和超材料领域占主导地位的贵金属遭受大的欧姆损失。新的等离子体材料，如掺杂的氧化物和氮化物，具有更小的材料损耗，并且使用它们代替金属具有降低损耗的等离子体和超材料结构的希望，具有更尖锐的共振和更高的场集中。这一承诺是把一个严格的分析测试，在这项工作中，它揭示了具有低的材料损耗是不够的，有一个减少的模式损耗等离子体结构。为了减少模态损耗，绝对需要等离子体频率显著高于工作频率。使用纳米粒子等离子体和间隙等离子体的例子，人们得出的结论是，即使在中红外光谱中，金属仍然比替代介质具有优势。新材料仍然可以找到高吸收损失是有益的应用利基，例如在医学和热光化学中。
2016-08-28 physics.optics
Quasi-coherent thermal emitter based on refractory plasmonic materials
研究了耐高温等离子体超材料-氮化钛一维光栅-在高工作温度（540 °C）下的热发射。通过选择耐火材料，我们制作了具有高亮度的热光栅，其发射中心约为3 $μ$ m的中红外辐射。实验表明，等离子体激元在光栅表面的热激发产生了空间相干长度为32λ（角发散度为1.8°）的准单色光束，其半峰宽为70 nm。这些实验结果显示出良好的协议与数值模型的基础上，在频域中的二维全波分析。
2015-08-28 physics.optics
Epsilon-Near-Zero behavior from plasmonic Dirac point: theory and realization using two-dimensional materials
嵌入在介电基质的周期性阵列中的二维金属的电磁响应可以引起模拟ε近零（ENZ）行为的等离子体狄拉克点。这一理论结果对电介质的周期性和厚度缺陷等结构特征极为敏感。我们提出，这样的器件实际上可以通过使用石墨烯作为2D金属和层状半导体过渡金属二硫属化物或六方氮化硼等材料作为电介质主体来实现。我们提出了一个系统的方法，在设计特性方面，用于构建具有线性，椭圆和双曲色散关系的超材料，产生ENZ行为，正常或负衍射。
2016-10-11 physics.optics
Sub-diffractional, volume-confined polaritons in a natural hyperbolic material: hexagonal boron nitride
强各向异性介质中的介电张量的主分量具有相反的符号被称为双曲。这种材料长度表现出独特的纳米光子特性，这是由位于深亚衍射尺度的慢光模式的高度定向传播实现的。虽然人造双曲超材料已经被证明，但它们遭受高等离子体激元损耗，并且需要复杂的纳米纤维，这反过来又引起了对光学限制的尺寸依赖性限制。低损耗、中红外、天然双曲线材料六方氮化硼是一种有吸引力的替代品。我们观察到四个系列的多个（多达七个）的“双曲极化激元”模式在氮化硼纳米锥在两个光谱带。共振模式服从预测的纵横比的依赖性，并表现出创纪录的高品质因数（Q高达283）在强约束制度（λ/86在最小的结构）。这些观察断言六方氮化硼作为一个有前途的平台，用于研究新的制度，轻物质相互作用和纳米光子器件工程。
2014-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unveiling the Pockels Coefficient of Ferroelectric Nitride ScAlN
本文通过理论分析与实验演示研究了铁电ScAlN的Pockels效应，发现其电光耦合在低Sc浓度时较弱，但高Sc掺杂下可显著增强并超过铌酸锂，为ScAlN在纳米光子与光通信器件中的应用指明方向。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultra-compact modulators based on novel CMOS-compatible plasmonic materials
我们提出了几个平面布局的超紧凑型等离子体激元波导调制器，利用替代CMOS兼容材料。通过调谐透明导电氧化物层中的载流子浓度，从而在等离子体共振或非共振中调谐波导，来有效地实现调制。共振显著增加了等离子体激元波导的吸收系数，这使得能够实现更大的调制深度。我们表明，可以实现86 dB/um的消光比，允许在小于1微米的电信波长的3 dB调制深度。我们的多层结构可以潜在地与现有的等离子体和光子波导以及新型的基于半导体的混合光子/电子电路集成。
2013-08-14 physics.optics
Electrically tunable plasmonic metasurface as a matrix of nanoantennas
本文提出一种由金纳米天线与MOS电容器构成的电可调等离激元超表面，实现约30度反射相位控制且无次级旁瓣，可用于光学相控阵。
2024-02-23 physics.app-ph physics.optics
Copper plasmonics with excitons
研究了表面等离子体激元在铜氧化物Cu $_2$ O包裹的铜薄层中的传播。结果表明，特别强的激子在Cu $_2$ O可以有相当大的影响等离子体传播，等离子体激子和等离子体激元等离子体相互作用提供了许多机会。它表明，通过使用足够薄的金属层，可以激发所谓的长程等离子体激元（LRSPP），它可以克服固有的高欧姆损失的铜相比，通常的等离子体金属，如银。数值计算证实了分析结果。
2022-08-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Plasmonic Metal Oxide Nanocrystals as Building Blocks for Infrared Metasurfaces
本研究借助实验与仿真方法，探究自组装等离子体金属氧化物纳米晶体超材料的光学特性机制，利用其宽频近零介电响应等特性设计出可调红外完美吸收器，为红外光学组件设计提供广阔空间。
2024-09-23 physics.app-ph physics.optics
2D semiconductors as integrated light sources for plasmonic waveguides
研究利用范德华力兼容性，将剥离的单层TMDC薄片与等离激元狭缝波导及偶极子天线耦合器集成，实现光致发光注入波导，为多平台PIC提供通用片上光源方案。
2025-06-11 physics.app-ph physics.optics
Image polaritons in boron nitride for extreme polariton confinement with low losses
二维材料中的极化激元提供了金属等离子体难以实现的极端光限制。然而，这种紧密限制不可避免地增加了通过各种阻尼通道的光学损耗。在这里，我们证明了双曲声子极化激元在六方氮化硼可以克服这个基本的权衡。在两个观察到的极化激元模式，具有对称和反对称的电荷分布，后者表现出较低的光学损耗和更严格的极化激元限制。这种高动量模式的远场激发和检测成为可能，我们的谐振腔设计，可以提高耦合效率，通过虚拟极化激元模式与图像电荷，我们称之为图像极化激元。使用这些图像极化激元，我们实验观察到高达132和品质因数高达501的创纪录的高有效指数。此外，我们的唯象理论表明，双曲表面散射的双曲声子极化激元的阻尼过程中的重要作用。
2020-07-26 physics.optics
Tailoring Mie Resonances in Cupric Oxide Particles for Use as Nanoantennas
纳米光学领域随着等离子体金属而发展。金属如银、金和铜纳米颗粒，由于被称为局部表面等离子体共振（LSPR）的特殊性质，可以在纳米尺度上集中电磁（EM）场。这为纳米光学、太阳能收集、太阳能电池和生物传感等广泛应用奠定了基础。然而，存在与等离子体金属相关联的固有问题，例如高的热损失，以及它们不能像半导体制造工艺那样按比例放大。此外，场增强仅限于电场。所有这些一起抑制了PMN在实际应用中的更广泛使用。在这项工作中，我们报告亚微米氧化铜（CuO）颗粒具有中等的折射率，可以表现出强大的电磁Mie共振与强消光/散射截面相当或略超过他们的等离子体对应。通过开发具有强形状和尺寸控制的颗粒合成技术，光学光谱和有限差分时域模拟，我们表明，米氏共振峰波长是大小和形状相关的。这提供了在可见光到近红外区域中的可调谐性，用于收集更宽部分的太阳光谱。因此，亚微米氧化铜颗粒表现出强大的潜力，新兴的高性能替代PMNs。强烈的电磁米氏共振介导的纳米天线效应属性，CuO颗粒可以潜在地用于大量的应用，包括表面增强拉曼光谱，超材料，纳米材料和光子晶体。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Stratified Graphene-Noble Metal Systems for Low-Loss Plasmonics Applications
我们提出了一种用于可调谐、低损耗等离子体共振的复合层状结构，该结构由涂覆有石墨烯的贵金属薄膜和支撑在六方氮化硼（hBN）衬底上组成。我们计算了这些结构的电子能量损失谱（EELS），并通过数值计算证明，通过添加石墨烯涂层和宽带隙hBN衬底，可以显着降低贵金属薄膜中的体等离子体激元损失，并增强表面耦合。具有三层石墨烯涂层和hBN基底的银膜展示了厚达34 nm的金属层的表面等离子体激元主导的光谱分布。一个连续的分数表达式的有效介电函数，基于一个镜面反射模型，其中包括边界相互作用，是用来系统地展示等离子体激元峰的可调谐性为各种配置。变化包括衬底、等离子体金属和每种材料的单独层厚度。EELS的中尺度计算是用各层介电函数作为有效介电函数计算的输入来进行的，从有效介电函数计算中直接确定损耗谱。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
