Modulation theory in PT-Symmetric Magnetic Metamaterial Arrays in the continuum limit
本文研究了一维非线性宇称时间（PT-）对称磁性超材料中具有增益和损耗的裂环二聚体的动力学行为。对于长波（连续）极限近似和弱非线性极限，我们显示的间隙孤子解的存在性和对称性破缺现象的增益/损失项的临界值的解析结果。
2013-10-18 physics.optics
Effects of mutual coupling in dual-resonance metamaterials
这封信提出了一个由两组不同谐振频率的电LC（ELC）谐振器组成的超材料中互耦合效应的研究。通过仿真和实验，发现当两个共振变得光谱接近时，它们经历显著的移位和减弱。等效电路模型表明，两个谐振器组之间的电感耦合是谐振特性变化的主要原因。这项研究是基础设计超材料与扩展带宽或空间可变的响应。
2011-09-01 physics.optics
Suppression of left-handed properties in disordered metamaterials
我们研究了无序对复合左手材料的有效磁响应的影响以及它们的特殊性质，如负折射。我们表明，相对较弱的无序在开口环谐振器可以减少，甚至完全消除复合材料演示左手特性的频域。我们引入了序参量的概念来描述这种效应的新物理。
2004-11-23 physics.optics
Dielectric Metamaterials with Toroidal Dipolar Response
环向多极子是标准多极子展开式中缺少的项;它们通常由于与电磁场的耦合相对较弱而被忽略。在这里，我们提出并从理论上研究了一个特殊的类，代表一个简单的电磁系统，支持环形偶极激发在太赫兹部分的频谱的全介质超材料。我们发现，这种超材料的共振透射和反射是由环形偶极子散射，忽略这将导致一个误解的超材料宏观响应的解释占主导地位。由于环形模式的独特场配置，所提出的超材料可以作为传感或增强光吸收和光学非线性的平台。
2014-07-02 physics.optics
Optical bistability involving planar metamaterial with broken structural symmetry
我们报告了一个平面超材料的弱非对称元素的金属图案放置在一个非线性基板上的反射光传输。这样的结构承担了Fano类尖锐的共振响应的陷波模式激励。双稳态所需的反馈由金属元件上激发的强反相陷模谐振电流与非线性衬底内场强之间的耦合提供。
2012-04-03 physics.optics
Boundary Effects of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
由交替的深亚波长电介质层的周期性堆叠组成的多层超材料中的非局部（空间色散）效应已知是可以忽略不计的弱。反直觉地，在某些临界条件下，弱非局域性可能会建立强大的边界效应，而传统的（本地）有效介质模型基于简单的混合公式没有捕捉到。在这里，我们表明，这种现象可以卓有成效地研究和理解的误差传播的多层膜的光学传输矩阵的轨迹和反轨迹的迭代映射。我们的方法有效地参数化这些特殊的影响，通过非常简单和有见地的封闭形式的表达式，使直接识别的关键参数和制度。我们还展示了如何通过适当的非局部校正来捕获这些边界效应。
2018-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quasi-dark Mode in a Metamaterial for Analogous Electromagnetically-induced Transparency
利用亮模和准暗模之间的耦合，研究了一种支持类电磁感应透明（EIT）效应的平面超材料。这种超材料的具体设计由切割线（CW）和单间隙开口环谐振器（SRR）组成。从数值计算和解析结果表明，SRR的响应，这是由外部电场弱激发，减轻了存在强辐射CW的准暗本征模。这一结果表明，利用超材料中的类EIT效应实现器件的条件更为宽松，从而拓宽了许多不同结构实现的可能性。
2010-05-13 physics.optics
Theory of Linear Chains of Metamaterial/Plasmonic Particles as Sub-Diffraction Optical Nanotransmission Lines
在这里，我们讨论的理论和详细分析的引导性能的线性阵列的超材料/等离子体小颗粒作为纳米尺度的光学纳米传输线，包括材料损耗的影响。在偶极近似的假设下，每个粒子，这是准确的在这里感兴趣的几何形状，我们开发封闭形式的本征模色散在这样的阵列的解析表达式。在考虑材料损耗的情况下，通过研究色散关系的性质，解析地导出了最小吸收和最大带宽的条件。数值例子与现实的材料，包括其欧姆吸收和频率色散。这里讨论的分析性质也提供了一些进一步的物理见解的机制，在这种阵列的子衍射指导和他们的基本物理限制。讨论了引导光束具有亚波长横向限制和合理的低衰减的可能性，提供了在微波、红外和光学频率下使用这种技术的可能性。本文从纳米电路概念的角度对这些结果进行了解释，并预见了可能扩展到2-D和3-D纳米传输线光学超材料。
2006-09-08 physics.optics
Giant nonlinearity of carbon nanotubes in a photonic metamaterial
超材料，人工介质结构上的亚波长尺度提供了一个丰富的范例，开发独特的光子功能，从负折射率和方向不对称传输慢光。在这里，我们证明了碳纳米管与光子超材料的组合提供了一个新的范例，为非线性介质的发展具有非常强的超快非线性响应在光子应用中非常宝贵。它是由弱辐射Fano型共振等离子体激元模式和单壁半导体碳纳米管的激子响应之间的强耦合支撑的。使用“组合”的方法来发现材料，我们表明，这样的复合系统的光学响应可以定制和优化的超材料设计。
2009-12-03 physics.optics
Tunable THz generation and enhanced nonlinear effects with active and passive graphene hyperbolic metamaterials
由于石墨烯与入射光之间的弱光物质相互作用，石墨烯的活性和非线性性质受到限制。在这项工作中，我们提出了增强的非线性效应在低太赫兹（THz）范围内通过设计一种新的图案化石墨烯双曲超材料（GHMM）。更具体地说，它表明，三次谐波产生（THG）可以显着增强所提出的GHMM由于在共振场的增强，以及支持慢光响应，促进强轻物质相互作用。
2020-03-03 physics.optics
Electromagnetic energy within single-resonance chiral metamaterial spheres
本文导出了平面波作用下手征色散球内时均电磁能量的精确表达式。色散关系对应于由非耦合单共振螺旋谐振器组成的手性超材料。利用场分解方案和双各向异性介质中电磁能量密度的一般表达式，计算了同时具有磁性和手征性的介质中内场的Lorenz-Mie解.我们还得到了一个明确的内部电磁场和吸收截面之间的解析关系。这一结果被施加到证明，强手性导致弱球内的非共振场增强。absorb.ing
2013-03-04 physics.optics
Aperiodic-Order-Induced Enhancement of Weak Nonlocality in Multilayered Dielectric Metamaterials
最近对全介电多层超材料的研究表明，通常在深亚波长层的极限中观察到的可忽略不计的小非局部效应（空间色散）可能会被某些临界参数区域中发生的特殊边界效应显着增强。到目前为止，在周期性和随机无序的几何形状中观察到的这些现象，表现为有限尺寸超材料样品的精确光学响应与基于混合公式的传统有效理论介质模型的预测之间的强烈差异。在这里，特别关注Thue-Morse几何，我们朝着将上述研究扩展到非周期性有序多层膜的中间地带迈出了第一步，该多层膜介于完美的周期性和无序之间。我们发现，也为这些几何形状，存在临界参数范围，有利于建设的边界效应导致强烈增强（否则可忽略不计弱）的非局域性。然而，潜在的机制与在周期性情况下观察到的机制根本不同，并且表现出典型的足迹（例如，分形间隙、准定域状态），其具有非周期性顺序的特征。我们的研究结果表明，非周期性秩序在上述边界效应的建立中起着关键作用，并且也可能在光学传感器，吸收器和激光器中找到潜在的应用。
2018-11-03 cond-mat.mtrl-sci 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
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
2009-05-03 physics.optics
Large Chiroptical Effects in Planar Chiral Metamaterials
手旋光效应是光学领域的一个重要工具，在偏振分辨成像和传感领域有着广泛的应用。手旋光效应的特点是对左旋（LCP）和右旋圆偏振光（RCP）有不同的光学响应。以前观察到的强手征光效应仅限于亚波长尺度下具有复杂三维手征结构的超材料。虽然LCP和RCP的不对称传输已经在平面手性超颖表面中进行了研究，但所观察到的弱手性效应来自金属组分的各向异性欧姆耗散。在这里，我们通过理论和概念验证实验证明，在具有亚波长厚度的单层平面手性超材料中，LCP和RCP的透射率可以达到很大的差异。在不违反互易性和镜像对称性的情况下，强手旋光效应与介质损耗无关，产生于多模干涉的一种新机制。所描述的效果可能导致新的网关手性操纵的光和手性光学器件。
2018-05-01 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
Effects of polarization on the transmission and localization of classical waves in weakly scattering metamaterials
我们总结了我们的全面的分析和数值研究的结果，极化的安德森局域化的经典波在一维随机堆栈的影响。我们考虑完全由正常材料或超材料组成的均匀堆叠，以及由正常材料和超材料的交替层组成的混合堆叠。我们推广了以前对正入射情况的理论研究[A. A. Asatryan等人，Phys.Rev.B81，075124（2010）]中的方法与离轴入射的情况相比较。对于一般情况下，折射率和层厚度都是随机的，我们得到的长波和短波渐近的本地化长度在很宽的入射角范围内（包括布鲁斯特“异常”角）。在布鲁斯特角，我们表明，长波本地化长度是成比例的波长的平方，为正常入射的情况下，但与比例系数大大大于正常入射。在只有折射率无序的混合堆栈中，我们证明了p-偏振波是强烈本地化的，而对于s-偏振的本地化基本上被抑制，在正常入射的情况下。在只有厚度无序的情况下，我们还研究了从本地化到离域在布鲁斯特角的过渡。
2010-11-06 cond-mat.dis-nn physics.optics
Nonlinear Localization in Metamaterials
超材料，即，包括弱耦合离散元件的人工结构化（"合成"）介质表现出非凡的特性，并且它们对于包括超分辨率成像、隐身、超透镜和光学变换的新应用具有很大的前景。非线性为超材料设计增加了新的自由度，允许调谐和多稳态，这些特性可以提供全新的功能和电磁特性。离散性和非线性的结合可能导致金属、SQUID基和${\cal PT}-$对称超材料中的离散呼吸子类型的固有局部化。我们回顾最近的研究结果表明，呼吸机激励在这些系统中产生的固有损失和输入功率之间的功率平衡，无论是通过适当的初始化或纯动力学程序的一般外观。呼吸特性特有的每一个特定的系统进行了识别和讨论。最近在低损耗、有源和超导超材料的制备方面取得的进展，使得利用所提出的动力学过程在原则上对呼吸子进行实验观察成为可能。
2013-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling the broadband enhanced light chirality with L-shaped dielectric metamaterials
本文设计了基于倾斜纳米柱的全介电硅基L形超材料，通过掠射角沉积实现晶圆级制备，在透射模式下获得宽带增强且振幅与频率均可调控的手性光学响应。
2024-03-27 physics.optics
Disordered ensembles of strongly coupled single-molecule plasmonic picocavities as nonlinear optical metamaterials
我们建议使用分子picocavity合奏宏观相干非线性光学器件，使纳米级强耦合。对于一个通用的picocavity模型，包括分子和光子的无序，我们推导出理论上的性能界限相干交叉相位调制信号使用弱经典场的不同频率。我们表明，强耦合的picocavity { \it vacua}与特定的振动边带中的分子发射光谱的结果在一个显着的变化的超材料的有效折射率相对于一个无分子的情况下，由于真空诱导的Autler-Townes效应。对于一个现实的分子无序模型，我们证明了交叉相位调制的光场弱至10千瓦/厘米$^2$是可行的，在室温下使用分子picocavities的稀系综，提供了有限的真空是不共振驱动的外部探测场}。我们的工作为利用强耦合进行光态制备和量子控制的等离子体超材料的发展铺平了道路。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Quantum Electrodynamical Metamaterials
最近的实验已经揭示了光和物质之间的超强耦合是一种有前途的改变材料性质的途径，如电输运，化学反应速率，甚至超导性。在这里，我们探讨（超）强耦合作为一种手段操纵光学响应的超材料的基础上合奏的组成单位单独在超强耦合制度。我们发展了一个基于线性响应的量子电动力学系统的框架来研究光-物质耦合对光学响应的影响。我们首先应用这个框架来找到耦合到单腔模式的两能级发射器的光学响应，这可以被看作是从这个系统的重复单元构建的超材料的“元原子”。我们发现光学行为范围从一个简单的两能级系统（洛伦兹振荡器），有效地透明，从弱耦合到深强耦合制度。我们探讨了这些元原子的一维链，展示了其光学行为的可调谐性。我们的方案可能最终提供一个框架，用于设计新的超材料，具有低损耗，高限制模式，以及可调（单光子）非线性。
2022-09-06 physics.optics quant-ph
Tungsten based Anisotropic Metamaterial as an Ultra-broadband Absorber
被困彩虹效应主要被发现在锥形各向异性异向介质（异向介质）制成的低损耗贵金属，如金，银等，在这项工作中，我们证明了各向异性MM波导制成的高损耗金属钨也可以支持类似的被困彩虹效应的贵金属为基础的结构。我们从理论上表明，钨/锗各向异性纳米锥阵列放置在反射基板的顶部可以吸收光的波长范围从0.3微米到9微米，平均吸收效率接近98%。结果表明，在大于2 μ m的波长范围内，多阶慢光共振模的激发是有效吸收的主要原因，而在较短波长范围内，锥形有耗材料的减反射效应则是近完美吸收的主要原因。吸收光谱在约4.2微米处遭受小的下降，其中一阶和二阶慢光模式重叠，但是如果在长波长范围处的吸收带边缘减小到5微米，则可以消除该下降。参数研究表明，纳米锥的吸收带宽主要取决于钨的填充率和锥底直径，相邻纳米锥之间的相互作用很弱。我们的建议在太阳能收集和热发射器领域有一些潜在的应用。
2016-10-29 physics.optics
General equation for directed Electromagnetic Pulse Propagation in 1D metamaterial: Projecting Operators Method
我们考虑一维电动力学模型的脉冲在超材料介质中传播的边界问题。我们建立并应用投影算子的麦克斯韦系统在时域中，允许分裂的线性传播问题，定向波的材料关系与一般色散。投影仪的矩阵元素充当卷积积分算子。对于一个弱的非线性，我们仍然推广的线性结果为任意色散，并推导出系统的相互作用的右/左波的组合（混合）的振幅。结果是指定的流行的超材料模型与德鲁德公式的介电常数和磁导率系数。我们还讨论和研究了与某些边界区域有关的系统的定态解。
2015-12-05 math-ph math.MP physics.optics
Magnetic response of nanoscale left-handed metamaterials
使用详细的模拟，我们调查的磁响应的超材料组成的平行板对或组合的板与电线（包括渔网设计）的结构的长度尺度从毫米减少到纳米。我们观察到的预期饱和的磁共振频率时，结构的长度规模去到亚微米政权，以及削弱的有效磁导率共振和减少的频谱宽度的负磁导率区域。所有这些结果都解释了使用等效电阻-电感-电容（RLC）电路模型，考虑到电流连接的动能的电子内部的金属部件通过一个等效的电感，添加到磁场电感的单位细胞。使用这个模型，我们得到简单的优化规则，实现光学负磁导率超材料的性能改善。最后，我们分析了渔网设计的磁响应，并解释了其优越的性能，可达到的高磁共振频率，以及其性能较差的负磁导率区域的宽度。
2010-01-07 physics.class-ph physics.optics
Topological Insulator Metamaterial with Giant Circular Photogalvanic Effect
拓扑绝缘体的电子性质的最显著表现之一是光电流方向对圆偏振光激发的螺旋度的依赖性。螺旋度依赖的光电流，支撑表面狄拉克电子的自旋动量锁定，是弱的，很容易被批量的贡献。在这里，我们表明，手性响应可以通过纳米结构增强。共振纳米结构中的电磁场的严格限制增强了拓扑绝缘体Bi 1.5Sb 0.5Te 1.8Se 1.2的自旋极化表面态的光激发，导致圆形光电流效应增加了11倍，并且在室温下具有前所未有的光电流二向色性（\r{ho} circ=0.87）。通过结构设计控制拓扑材料中的自旋输运是超材料先前未被认识到的能力，其弥合了纳米光子学和自旋电子学之间的差距，为开发偏振敏感光电探测器提供了新的机会。
2020-08-20 physics.app-ph physics.optics
Tunable Terahertz Amplification Based on Photoexcited Active Graphene Hyperbolic Metamaterials
在太赫兹（THz）频率下的电磁辐射的有效放大和激射是主要通过具有有限可调谐性和窄带功能的量子级联激光器配置实现的非平凡任务。存在对在宽频率范围内具有可重构操作的紧凑且高效的THz电磁源的强烈需求。光激发石墨烯可以作为增益介质，在低THz频率下产生相干辐射，但由于其厚度太薄，其响应非常弱。在这项工作中，我们展示了一种替代设计，以实现有效的可调谐和紧凑的太赫兹放大器和激光器的宽带操作的基础上，主动太赫兹双曲超材料（HMM）设计的多个堆叠的光激发石墨烯层由薄电介质片分离。双曲太赫兹响应的建议的双曲有源隐马尔可夫模型的解析和数值研究和特点。当基于石墨烯的HMM结构被周期性地图案化时，由于双曲色散，宽带慢波传播机制被识别。在这种情况下，可重构放大的太赫兹波在一个很宽的频率范围内获得，这可以通过改变石墨烯的准费米能级可调。我们证明了所提出的可调谐太赫兹放大器或激光器的太赫兹响应由入射光泵浦（光掺杂）和HMM波导阵列中的加载电介质材料控制，这是一个有趣的特性，可以具有太赫兹放大，发射和传感应用的巨大潜力。
2018-11-15 physics.optics
Discrete dissipative localized modes in nonlinear magnetic metamaterials
我们分析了耗散离散局域模的存在性，稳定性和传播的一个和两个维的非线性晶格组成的弱耦合开口环谐振器（SRR）由外部电磁场激发。我们采用近场相互作用的方法来描述准静态的电和磁谐振器之间的相互作用，并证明了电耦合的至关重要性，它可以完全扭转谐振器之间的整体相互作用的符号。我们导出了有效的非线性模型，并分析了一维和二维晶格中激发的非线性局域模的性质。特别是，我们研究了非线性磁畴壁（所谓的开关波）分离两个不同状态的非线性磁化，并揭示了畴壁速度的依赖于外部磁场。然后，我们研究了二维局域模的非线性晶格的SRRs和证明，较大的域可能会经历调制不稳定性和分裂。
2011-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Study of plasmonic slot waveguides with a nonlinear metamaterial core: semi-analytical and numerical methods
建立了两种不同的模型来研究横向磁稳态解在一维各向异性非线性等离子体结构中的传播，该结构由嵌入两个半无限金属包层之间的Kerr型非线性超材料芯制成。第一个模型是半解析的，在该模型中，我们假设各向异性非线性仅取决于电场的横向分量，并且非线性折射率修改与线性折射率修改相比较小。这种方法使我们能够推导出解析的雅可比椭圆函数的场分布和非线性色散关系。第二个模型是完全数值的，它是基于有限元法，其中所有的电场的分量被认为是在克尔型非线性没有假设的非线性折射率的变化。我们的有限元模型是有效的，超越弱非线性制度，推广了著名的单组分固定功率算法，通常使用。主要情况下的例子进行了研究，包括具有较强的空间非线性效应在低功率。通过在非线性超材料芯中使用增益介质来减少损耗问题。
2016-11-26 nlin.PS physics.comp-ph physics.optics
Coherent metamaterial absorption of two-photon states with 40% efficiency
多光子吸收过程对入射光场的振幅（即光子数）具有非线性依赖性。然而，多光子吸收通常很弱，并且多光子事件以极低的概率发生。因此，设计在单光子水平上工作的量子非线性器件是非常具有挑战性的，大多数量子技术必须依赖于单光子相互作用。在这里，我们从实验和理论上证明，利用N = 2 N00N状态的相干吸收使得有可能增加被吸收的双光子状态的数量。我们将N = 2 N00N态注入Sagnac干涉仪中，放置在其中的吸收超颖表面表现出40.5%的双光子吸收效率，接近理论最大值。这种同时吸收两个光子的高概率为需要多光子上转换但受到高峰值强度阻碍的领域的应用提供了希望。
2018-08-27 physics.optics quant-ph
