Azimuthally unidirectional transport of energy in magnetoelectric fields. Topological Lenz effect
磁偶极模（MDM）是准二维铁氧体圆盘中的微波能量本征态振荡，具有拓扑上不同的旋转场结构和单向功率流循环。乍一看，这似乎违反了角动量守恒定律，因为嵌入铁氧体样品的微波结构是机械固定的。然而，角动量被看作是保守的，如果在整个微波结构中的电磁场的拓扑性质被考虑在内。在本文中，我们表明，由于MDM共振铁氧体样品中的能量的方位角单向传输的拓扑作用，在放置在该样品附近的金属屏幕上存在相反的拓扑反应。我们称这种效应为拓扑Lenz效应。拓扑楞次定律适用于相反的拓扑电荷，一个在铁氧体样品中，另一个在金属屏幕上。MDM起源于近场，即磁电（ME）场，在金属上感生螺旋表面电流和有效电荷。由这些电流和电荷形成的场将与它们的起因相反。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Novel microwave near-field sensors for material characterization, biology, and nanotechnology
当代材料有趣的电磁行为的广泛范围要求在这个领域工作的实验人员掌握许多不同的测量技术，并对凝聚态物理和生物物理学有广泛的了解。测量材料在微波频率下的电磁响应对于基本和实际原因都是重要的。在本文中，我们提出了一种新的近场微波传感器与应用材料表征，生物学和纳米技术。该传感器是基于一个亚波长铁氧体磁盘谐振器与磁偶极模式（MDM）振荡。MDM谐振器产生的近场的强能量集中和独特的拓扑结构允许有效地测量微波中的材料参数，无论是普通结构还是具有手性特性的物体。
2015-02-04 physics.optics
Magnetoelectric near fields
我们考虑近场拓扑奇点起源于磁偶极模振荡铁氧体磁盘粒子。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coupled states of electromagnetic fields with magnetic-dipolar-mode vortices: MDM-vortex polaritons
在物质环境的影响下，近场区的电磁场表现出与远场自由空间中的电磁场截然不同的性质。电磁场与电偶极或磁偶极携带激发的耦合态被称为极化激元。这种状态是光子与材料激发混合的结果。讨论最多的极化激元类型是声子-极化激元、激子-极化激元和表面等离子体激元-极化激元。最近，它表明，在微波强磁振子光子耦合可以实现由于磁偶极模（MDM）的小薄膜铁氧体磁盘的旋涡。这些耦合态可以被指定为MDM涡旋极化激元。本文研究了MDM涡旋极化激元的性质。我们发现MDM涡旋极化激元具有螺旋性行为。对于所观察到的MDM共振的频率分裂，存在不同类型的螺旋度。在分裂-共振态中，人们具有电磁场的局部化或遮蔽。我们数值分析了各种MDM涡旋极化激元的场拓扑结构，并给出了理论上的见解，这种拓扑独特的状态的可能起源。MDM涡旋极化激元的特性可用于实现新型微波超材料结构和近场传感应用。
2010-12-16 physics.optics
Magnetoelectric-field microwave antennas: Far-field orbital angular momenta from chiral-topology near fields
具有磁偶极模（MDM）振荡的铁氧体小粒子附近的近场具有空间和时间对称性破缺。这种MDM起源的场，称为磁电（ME）场，携带自旋和轨道角动量。由于独特的拓扑结构，ME场与自由空间电磁场有很大的不同。在本文中，我们表明，由于手征拓扑的ME场在近场区域，远场轨道角动量（OAM）可以观察到，数值和实验。在一个单一的元素天线，我们得到了一个辐射方向图的角度斜视。我们发现，在远场微波辐射的ME能量分布在近场区域中发挥了至关重要的作用。
2015-12-04 physics.optics
Magnetic-dipolar-mode Fano resonances for microwave spectroscopy of high absorption matter
高吸收物质与微波辐射能量相互作用的研究是一个非常重要的课题。特别是，这涉及生物液体的微波光谱表征。利用有效的测试方法在分子水平上获得不同液体的物理性质信息是生物物理学中最重要的问题之一。然而，基于微波谐振技术的标准方法不足以适用于生物液体，因为具有高损耗液体的谐振器中的谐振峰太宽，以至于不能正确地测量材料参数。虽然生物分子的分子振动可能具有微波频率，但由于其能量与热能相比较低，并且强阻尼的水性环境，因此认为这种共振耦合并不显著。本文提出了一种创新的微波传感技术，用于不同类型的损耗材料，包括生物液体。该技术是基于微波微扰法和最近在微波结构中观察到的嵌入磁偶极量子点的Fano共振效应的组合。当磁偶极模（MDM）谐振频率不等于腔谐振频率时，得到Fano透射强度。通过偏置磁场将MDM谐振频率调谐到腔谐振频率，观察到洛伦兹线形状。使用极窄的洛伦兹峰允许精确探测由高损耗材料样品加载的腔的谐振频率。对于不同种类的样品，具有不同的洛伦兹峰频率。这为微波中高吸收物质的精确光谱表征提供了一幅图像。
2015-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Microwave magnetoelectric fields
我们证明了在无源微波场的亚波长区域中，时变电场和磁场之间存在不同于规则传播的自由空间电磁波中的电磁耦合的局部耦合场结构。为了将这种场结构与常规的电磁场结构区分开来，我们将其称为磁电场。研究了微波电磁场近场的结构和守恒律。我们表明，存在微波ME近场的源-ME粒子。这些粒子是由小的准二维铁氧体磁盘磁偶极振荡光谱。近场起源于这样的粒子的特点是拓扑独特的功率流涡，非零螺旋度，和扭转自由度。我们的研究微波ME近场结合在两个连续的文件。本文给出了铁氧体颗粒内外电场和磁场性质的理论背景，并给出了磁偶极振荡谱导致微波ME近场出现的原因。基于所获得的ME近场结构，我们讨论了在人工电磁材料中观察到的所谓ME相互作用的影响。在接下来的论文中，我们代表了微波ME近场及其与物质的相互作用的数值和实验研究。
2011-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantization of magnetoelectric fields
量子相干性涉及宏观自由度，并且发生在远大于单个原子的系统中，是现代物理学的热门领域之一。由于材料的色散，宏观量子电动力学的唯象方法，其中没有正则表达式的尝试，使用。当必须考虑材料结构的几何形状时，问题变得更加复杂。磁饱和准二维铁氧体圆盘中的磁偶极模（MDM）振荡是宏观量子化状态。在这种亚铁磁结构中，电子自旋位置上的长程偶极偶极关联可以用系统整体的集体激发来处理。MDM铁氧体圆盘附近的近场具有空间和时间对称性破缺。这种MDM起源的场，称为磁电（ME）场，携带自旋和轨道角动量。由于独特的拓扑结构，ME场不同于自由空间电磁场。ME场是真空中的量子涨落。我们把这些量子化状态称为ME光子。没有虚拟的电磁光子。我们发现，能量，自旋和轨道角动量的MDM振荡构成的关键物理量，表征ME场的配置。我们表明，真空可以诱导一个MDM铁氧体磁盘，金属壁，和电介质样品之间的卡西米尔扭矩。
2018-01-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic dipolar modes in magnon-polariton condensates
对于在高质量谐振器中观察到的偶极携带激发，强耦合模式可以作为复合玻色子出现，并在极化激元流体的凝聚相中自发形成量子化涡旋。特别是在激子-极化激元中，它导致发射光子的持续捕获。本文证明了磁偶极-偶极相互作用引起的磁振子凝聚可以实现磁振子极化激元。在置于微波谐振腔中的准二维铁氧体圆盘中，观察到磁偶极模（MDM）振荡的量子限制效应。这些模式，其特征在于与旋转的超流和量子化的涡旋的能量本征态，表现为旋量凝聚。随着MDM磁振子在磁绝缘体准二维盘中的凝聚，还观察到电偶极凝聚。在MDM共振，在磁绝缘体和真空腔中的角动量之间的转移，演示了产生的涡流与固定的手。这表明极化激元波前具有独特的拓扑性质。人们观察到弯曲的波前和微波结构中的超辐射效应。在微波波导的散射态环境中，电磁波可以携带MDM谐振的拓扑相位。
2021-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Janus and Huygens' dipolar sources for near-field directionality
控制发射、散射和波导的方向性是量子光学技术、集成光子学和新超颖表面设计以及无线电和微波工程中的重要要求。最近，已经开发了几种方法来实现依赖于惠更斯偶极源的远场中的单向散射，以及基于涉及圆极化电或磁偶极的自旋霍尔效应的波导光学器件中的单向散射，所有这些都可以用等离子体或介电纳米颗粒来实现。在这里，我们表明，存在一个偶极源互补惠更斯偶极子，称为Janus偶极子，这是不是在远场方向，但其耦合到波导模式的拓扑保护，使它被允许在一侧的偶极子，但不是在相反的一侧。惠更斯偶极子的近场方向性也被揭示，并介绍了一个广义的Kerker的远场和近场方向性的条件。圆形电偶极和磁偶极，与惠更斯和Janus偶极源一起，形成了一套完整的远场和近场定向偶极源，为有前途的应用铺平了道路。
2017-08-14 physics.optics
Diamond magnetometer enhanced by ferrite flux concentrators
基于金刚石中氮空位（NV）中心的磁强计是一种很有前途的室温固态传感器。然而，它们对低频（<1 kHz）磁场的灵敏度目前已报道为>10 pT s^{1/2}，排除了在医学成像、地球科学和导航中的潜在应用。在这里，我们表明，高磁导率的磁通量集中器，收集磁通量从一个更大的区域，并集中到金刚石传感器，可以用来提高灵敏度的金刚石磁力计。通过将NV掺杂的金刚石膜以蝴蝶结配置插入两个铁氧体锥体之间，我们实现了金刚石内的磁场振幅的~250倍增加。我们证明了~0.9 pT s^{1/2}的灵敏度磁场在10和1000 Hz之间的频率范围内，使用双共振调制技术来抑制NV自旋能级的热位移的影响。这是使用200 mW的激光功率和20 mW的微波功率来实现的。本工作通过使用微结构磁性材料来操纵磁场，为金刚石量子传感器引入了一个新的维度。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Anti-PT-symmetry-enhanced interconversion between microwave and optical fields
系统的内在耗散进入共享库引入了两个系统之间的相干性，从而实现反奇偶时间（anti-PT）对称性。在本文中，我们提出了一种反PT对称转换器，包括一个微波腔耗散耦合到一个铁磁球，它支持显着改善的转换效率相比，相干耦合设置。特别地，当仅驱动铁氧体样品时，由介导通道的真空引起的强相干性导致预期转换的更强增强。增强是一个不可分割的人工制品的出现，一个长寿的，黑暗的模式与准真实的奇点的混合系统。此外，我们观察到相当大的不对称性，微波-光和光-微波转换的效率，尽管三线性光磁耦合刺激的转导现象的对称结构。非互易性源于微波场和光场耦合到腔-磁振子网络的固有不对称性以及空间分离所带来的相位耦合。
2021-11-02 physics.optics quant-ph
Engineering topological materials in microwave cavity arrays
我们提出了一个可扩展的架构，探索相互作用的拓扑相位的光子阵列的微波腔，使用腔和电路量子电动力学的既定技术。一个时间反演对称性破缺（非互易）通量诱导耦合的微波腔铁氧体，允许生产的各种拓扑能带结构包括$α=1/4$霍夫斯塔德模型。通过将腔耦合到超导量子位来包括有效的光子-光子相互作用，并且有效的光子-光子相互作用足以产生$ν=1/2$玻色子劳克林水坑。我们证明了精确的对角化，这种架构是强大的实验可实现的水平的混乱。这些进展提供了一个令人兴奋的机会，采用量子线路工具包的探索强相互作用的拓扑材料。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Quantized orbital angular momentums of dipolar magnons and magnetoelectric cavity polaritons
本文研究三维受限磁绝缘体中偶极磁振子的量子化轨道角动量及其与电极化序耦合形成的磁电态，揭示时间反演与空间反演对称性同时破缺特性，为亚波长磁电量子发射器实现提供理论基础。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetoelectric-field helicities and reactive power flows
电场和磁场之间的对偶对称性是麦克斯韦电动力学的基础。由于这种对称性，人们可以描述自由空间中电磁场的拓扑性质，得到光（电磁）螺旋度的守恒定律。当电磁场的对称性被破坏时，人们可以期望看到什么样的场螺旋度？由具有磁偶极模（MDM）振荡的铁氧体小粒子产生的近场是具有电和磁分量的场，但具有破缺的对偶（电磁）对称性。这些场被称为磁电场，具有不同于电磁场的拓扑性质。ME场的螺旋态是拓扑保护的类量子态。本文研究了ME场的螺旋度性质。我们分析了ME场螺旋度的守恒律，并表明螺旋度密度与复功率流密度的虚部有关。我们还表明，螺旋度的ME字段可以是一个复杂的值。
2015-02-01 physics.optics
Magnetoelectric fields for microwave chirality discrimination in enantiomeric liquids
手性鉴别是生物学、化学和超材料研究中的一个基本兴趣。在光学方面，具有超手性探测场的近场等离子体共振光谱法可有效地用于分析具有手性性质的大生物分子。我们展示了基于磁振子共振谱的微波近场手征鉴别分析的可能性。新开发的微波传感能力，使用磁电（ME）探测场起源于准2D钇铁石榴石（YIG）磁盘的多共振磁偶极模式（MDM）振荡，提供了前所未有的化学和生物对象的测量潜力。我们报告了D-和L-葡萄糖水溶液的微波近场手性鉴别。所示的ME场感测是针对微波生物医学诊断和病原体检测，并加深我们对微波生物系统相互作用的理解。这对微波手征材料的分析和设计也有重要意义。
2016-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Correspondence between Dicke-model semiclasscial dynamics in the superradiant dipolar phase and the Euler heavy top
本文通过解析求解 Dicke 模型超辐射凝聚体的半经典动力学，得到传输线传输系数的解析表达式，提出探测正常相破缺的实验方案，并建立其与欧拉重陀螺章动的一一对应关系。
2023-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.SI physics.optics
Quasistatic oscillations in subwavelength particles: Can one observe energy eigenstates?
在提高光学和微波技术的能力，进一步进入亚波长制度，准静态谐振结构吸引了相当大的兴趣。光学中的静电等离子体激元共振和微波中的静磁磁振子共振的电磁响应引起了亚波长粒子表面附近局部场的强烈增强。在亚波长粒子的近场区域，人们只能精确地测量电场或磁场。在定义的电场或磁场分量的这种不确定性提出了准静态振荡的能量本征态的问题。将准静态共振问题中所用的势函数作为标量波函数引入时，能量本征态问题就可以得到适当的形式。在这种情况下，人们应该观察到准静态波延迟效应仍然停留在亚波长粒子振荡的准静态描述的框架中。本文分析了等离子体激元振荡亚波长光学金属结构中ES共振和磁振子振荡亚波长微波铁氧体粒子中MS共振的能量量子化问题。我们表明，在MS势标量波函数的情况下，可以观察到准静态延迟效应，并获得适当的制定的能量本征态问题。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Unidirectional magnetoelectric-field multiresonant tunneling
在具有磁偶极模（MDM）振荡的准二维铁氧体盘的双端口微波结构中，观察到了磁电场激励通过亚波长真空或各向同性介电区域的单向多共振隧穿.在MDM光谱的稳态下，激发表现为散射矩阵参数中的Fano共振峰。ME近场激发是具有非零螺旋度参数的准静磁场。MDM振荡的边缘手征电流决定了ME场的拓扑相位特性。我们表明，而对于一个给定的方向的偏置磁场（换句话说，对于一个给定的方向的时间），ME场激发被认为是向前隧穿过程，在相反的方向的偏置磁场（相反的方向的时间），有向后隧穿过程。由于前向和后向ME场激发的可区分拓扑结构，观察到单向ME场共振隧穿。我们建立了不同微波结构中的Fano共振单向隧穿和ME场拓扑之间的紧密联系。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong magnetic response of submicron Silicon particles in the infrared
具有共振磁特性的高介电常数介电粒子正在被探索作为微波领域中新的超材料和器件的构成元素。由于光学材料在可见光或红外区的固有低折射率，预计低损耗介电纳米颗粒在这些区域的磁性不会出现。在这里，我们分析了由中等介电常数材料制成的无损耗介电球体的偶极电磁响应。对于低材料折射率，由于不同多极贡献之间的强重叠，没有尖锐的共振。然而，我们发现，折射率为3.5和半径约为3.5的硅颗粒。200 nm在电信和近红外频率（即波长约为100 nm）中呈现偶极和强磁共振响应。1.2-2微米）。此外，由这些Si粒子散射的光可以完美地描述由偶极电场和磁场，四极和更高阶的贡献可以忽略不计。
2010-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interaction of microwave photons with nanostructured magnetic metasurfaces
微波光子与薄（光子波长相比）磁元表面组成的偶极相互作用的纳米尺度的磁性元件的相互作用的描述的理论形式主义的发展。导出了描述光子在超颖表面边界处透射和反射过程的散射矩阵。作为一个例子的使用开发的形式主义，它表明，内的微带电磁波导的磁性超颖表面的引入定量地改变基本波导模式的色散关系，打开非传播频率带隙中的波导频谱。带隙的频率位置和宽度取决于波导厚度，并且可以通过切换超颖表面的磁性基态来动态地控制。对于足够薄的波导，带隙的位置从超颖表面的谐振吸收频率偏移。在这种情况下，波导内的磁性超颖表面用作有效的反射器，因为超颖表面中的能量吸收很小，并且非传播带隙内的大部分电磁能量被反射。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
