Near-perfect absorption in epsilon-near-zero structures with hyperbolic dispersion
我们研究了极化电磁波与双曲型超材料结构的相互作用，其中面内介电常数分量$ε_x$与法向分量$ε_z$的符号相反。我们发现，当超材料的厚度小于入射波的波长时，双曲超材料可以吸收比传统超材料更高的电磁能量。我们还表明，导致$\Re(ε_z) \approx 0$的波长，近完美的吸收出现，并持续在一定范围的频率和亚波长结构厚度。
2014-03-05 cond-mat.other physics.optics
Hyperbolic Dispersion and Low-Frequency Plasmons in Electrides
National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics（冲击波与爆轰物理国家重点实验室，流体物理研究所，中国工程物理研究院）；College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；HEDPS, Center for Applied Physics and Technology, and College of Engineering, Peking University（高能量密度物理研究室，应用物理与技术中心，工程学院，北京大学）
本研究发现非立方电荷物质因电荷局域化而成为自然双曲材料，具有低频等离子体和宽广的双曲窗口，改变了光子材料的设计策略。
2025-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Anomalous diffraction in hyperbolic materials
我们证明了光是受反常（即，负）衍射。我们表明，光在双曲介质中的传播类似于一个负质量的量子粒子在二维势中运动的动力学。如果介质是均匀的，负的有效质量意味着时间反演。这一特性为色散补偿光纤的时域衍射补偿、空间模拟铺平了道路。与表现出标准椭圆色散的材料不同，在非均匀双曲材料中，光波被拉向具有较低折射率的区域。在类克尔光学响应的存在下，亮（暗）孤子由负（正）非线性支持。
2016-08-28 physics.optics
Conical diffraction and the dispersion surface of hyperbolic metamaterials
双曲超材料是其中至少一个主介电常数为负的材料。我们描述的折射率表面，并由此产生的折射效应，双轴双曲超材料，与主介电常数$ε_1<0$，$0<ε_2\neqε_3$。在这种一般情况下，折射率表面的两个片相交形成圆锥奇点。我们推导出这些材料中圆锥折射的射线描述，并表明它在拓扑上和定量上不同于传统双轴材料中的圆锥折射。我们还发展了一个波动光学的描述，这使我们能够获得衍射图案形成的任意光束入射接近光轴。由此产生的图案缺乏圆对称性，因此与常规的正折射率材料中获得的图案有质的不同。
2014-07-04 physics.optics
Plasmonic waveguides with hyperbolic multilayer cladding
具有各向异性光学色散的工程等离子体超材料使我们能够定制基于超材料的波导的特性。我们研究了具有双曲色散的介质芯和多层金属-介质包层的等离子体波导。不使用任何均匀化，我们计算的谐振本征模的有限宽度的包层，并发现协议的包层波导的色散的谐振功能。我们表明，在谐振宽度，波导的传播模式耦合到包层本征模，因此，被强烈吸收。通过在实际波导的设计中避免谐振宽度，可以消除强吸收。
2014-11-14 physics.optics
Field-effect induced tunability in planar hyperbolic metamaterials
我们证明，使用的场效应来调整的层状双曲超材料的有效光学参数导致其在光学制度的色散特性的拓扑转变。场效应选通通过载流子密度的变化电调制透明导电氧化物中的介电常数。这些介电常数的变化导致了~200%的有效电磁参数的主动极端调制以及双曲型超材料的各向异性色散表面的主动控制，并使光子带隙的打开和关闭成为可能。
2015-07-23 physics.optics
Evolution and reflection of ray-like excitations in hyperbolic dispersion media
双曲色散介质中的光具有令人感兴趣的类射线特性。然而，双曲介质中的类射线激发的详细了解是令人惊讶的有限，主要是基于数值模拟。在我们的工作中，我们解析地描述了双曲介质的平板中多模态射线激发的形成。我们证明，这些射线有一个近似的洛伦兹轮廓，他们在一个锯齿形的方式传播。这些光线在板内的每次内反射时以离散方式获得相位，并以与光吸收率成比例的速率加宽。此外，基于这种描述，我们揭示了一种独特的反射机制，其中组成射线的不同模式之间的破坏性干涉可以提高电介质和金属衬底之间的界面处的反射强度。这种反射机制是高度不对称的，仅当光线从电介质基板的一侧入射到金属基板的一侧时才发生，并且反射的强度被示出为与光线的宽度直接相关。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic hyperbolic optical metamaterials
强各向异性介质的介电常数或磁导率张量的主分量具有相反的符号被称为双曲介质。这种介质支持传播具有表现出独特光学特性的极大波矢量的电磁波。然而，在迄今为止研究的所有人造和天然光学材料中，双曲色散仅源于电响应。这将材料功能限制在光的一个偏振，并抑制自由空间阻抗匹配。这种限制可以在具有电张量和磁张量的相反符号的分量的介质中克服。在这里，我们提出了在三维超材料的磁双曲色散的实验演示。我们测量了超材料的等频线轮廓，并揭示了椭圆和双曲色散之间的拓扑相变。在双曲机制下，我们证明了热辐射的强烈增强，它变得有方向性、相干性和偏振性。我们的研究结果表明，实现有效的非偏振光阻抗匹配的双曲介质的可能性。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperbolic Dispersion in Chiral Molecules
我们从理论上研究了莫比乌斯分子的带内跃迁。由于磁响应较弱，相对介电常数会因介质的存在而显着改变，而相对导磁率则不会。我们发现，有双曲线色散关系诱导的带内跃迁，因为一个特征值的介电常数具有不同的符号从其他两个，而所有三个特征值的磁导率是积极的。进一步证明了在$H$偏振入射光下，负折射带宽为0.1952 eV，比带间跃迁带宽宽3个数量级.此外，频域已从紫外线转移到可见光域。虽然对于$E$偏振入射光存在负折射，但是带宽窄得多并且取决于入射角。
2019-05-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hyperbolic metamaterials: nonlocal response regularizes broadband super-singularity
我们研究被称为双曲介质，在通常的本地响应近似表现出双曲色散和相关的宽带奇异性的状态密度的超材料。相反，从更微观的流体动力学Drude理论，我们得到定性不同的光学性质，这些超材料，由于其金属成分的自由电子非局部光学响应。我们证明，非局部响应会导致色散中的大波矢截止，该截止与电子气的费米速度成正比，但对于小波矢，我们也发现双曲色散的差异。此外，即使在深亚波长范围内，单位晶胞的尺寸也会影响超材料的有效参数。最后，而不是宽带超奇异性的局域态密度，我们预测一个大的，但有限的最大增强成正比的费米速度的倒数立方。
2012-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hyperbolic Plasmon dispersion and Optical Conductivity of Holey Graphene: signatures of flat-bands
本研究针对多孔石墨烯平带相关特性，通过调控孔洞半径与周期构型，发现大孔洞构型下存在近平带等离激元，且孔洞破缺双子格对称性引发双曲等离激元与各向异性光导率，为纳米光子学应用提供新平台。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic-metamaterial waveguides for long-range propagation
我们研究的光波导，包括层的材料和超材料与双曲型色散（HMM）。我们考虑在不同的波导几何形状（单界面或对称包层与不同层）的介电HMM界面的长程制度。与传统的几何参数分析不同，本文着重分析了组成材料的光学特性，并通过求解色散方程，分析了介质和隐马尔可夫模型的折射率对传输长度和模尺寸的影响。我们得出一个数字的优点，应该用于每个波导在一个广泛的范围内的介电常数值，以及比较它们与等离子体波导。我们表明，传统的等离子体品质因数，这是介电常数的实部与虚部之比，是不适用于具有复杂结构的波导的情况。考虑到范德华材料如六方氮化硼的最新进展，电信波长和中红外光谱范围都是感兴趣的。最后，我们评估的波导与六方氮化硼的范围内，它具有双曲线色散（6.2-7.3微米）的性能，我们确定的最佳波长为每种类型的波导。
2017-07-24 physics.optics
Broadband super-Planckian thermal emission from hyperbolic metamaterials
我们发展了具有双曲色散的超材料的涨落电动力学，并证明了在近场存在超过黑体极限的宽带热辐射。这是由于独特的大块超材料模式的热激发而产生的，这在传统介质中不会发生。我们考虑一个实际实现的双曲超材料和估计的效果将是可观察的超材料状态的特征色散（拓扑转换）。我们的工作为利用超材料实现近场热发射的工程化铺平了道路。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental Probing of Photonic Density of States in Hyperbolic Metamaterial
在具有双曲色散的超材料（氧化铝膜中的银纳米线阵列）中，我们观察到沉积在超材料表面上的染料的发射寿命减少了六倍。这是早期预测的双曲型超材料中光子态高密度的证据。
2009-12-09 physics.optics
Natural Hyperbolicity of Hexagonal Boron Nitride in the Deep Ultraviolet
本文首次在深紫外波段观测到六方氮化硼中由各向异性激子共振诱导的天然双曲色散，并通过成像光谱椭偏仪表征其复介电函数，证实其支持高方向性、慢群速度的双曲激子极化激元，为深紫外纳米光子学应用提供了新平台。
2025-07-17 physics.app-ph physics.optics
Designer Bloch Plasmon Polariton Dispersion in Hyperbolic Meta-Gratings
双曲型超材料是一类新颖的各向异性等离子体材料，除了表面等离子体激元外，还支持高度受限的传播等离子体激元。然而，这是非常具有挑战性的定制和激发这些模式在光学频率的棱镜耦合，因为固有的困难，工程非传统的光学性质与人工纳米结构和高折射率棱镜的不可用性匹配的入射光和导模之间的动量。在这里，我们报告的高k布洛赫类等离子体激元（BPPs）模式的激发机制与超小的模态体积使用元光栅，这是一个金属衍射光栅和II型隐马尔可夫模型的组合结构。我们展示了在红外光谱范围内没有任何模式的1D等离子体光栅，如果耦合到支持高k模式的HMM，可以通过耦合到远场辐射来有效地激发这些模式。我们的理论预测证实了反射测量作为入射角和激发波长的函数。我们介绍的设计原则，以实现一个完全控制的高k模式的元光栅，从而使更好地理解这种类型的混合元结构中的光-物质相互作用。光谱响应工程有望在生化传感器、集成光学和光学亚波长成像等领域得到应用。
2020-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temporal Interface in Dispersive Hyperbolic Media
本文研究单色平面波在介质快速变为金属-介电双层堆叠形成的双曲色散介质时的时间界面效应，发现原始频率转换为三对频率并产生三组前向与后向波，通过解析与数值模拟给出了波幅和 Poynting 矢量。
2025-02-12 physics.app-ph physics.optics
Optical anisotropic metamaterials: Negative refraction and focusing
我们设计了具有不同结构的三维金属纳米线介质，并通过数值计算证明了它们的色散关系是双曲线的，从而证明了它们可以是均匀有效的不确定各向异性介质。对于有限平板，利用一个很好的拟合过程，以获得色散关系，我们检索的有效折射率。真实3D线介质的伪聚焦与具有线介质的有效介电常数张量的均匀介质非常一致。研究还表明，在长波长极限下，三维线介质的双曲色散关系即使对于倏逝模也是有效的。
2009-07-06 physics.optics
All-angle zero reflection at metamaterial surfaces
从理论上研究了具有双曲色散的超材料表面的反射。据发现，反射是强烈依赖于如何终止的表面相对于双曲色散的渐近线。对于垂直于渐近线终止的表面，对于所有入射角都发生零反射。它是由一个周期性的金属-电介质层状结构制成的超材料，其表面通过数值模拟适当切割。
2008-10-26 physics.optics
Dispersion-tuning of nonlinear optical pulse dynamics in gas-filled hollow capillary fibers
本研究通过调谐气体压力改变色散区，实验探究充气空心毛细管光纤中超短激光脉冲的非线性动力学，揭示不同色散区的脉冲演化规律，并解释了正常色散区模拟与实验存在差异的原因。
2025-06-17 physics.optics
Hyperbolic Blockade: Suppression of the Photonic Density of States and the Spontaneous Emission Rate at the Interface with Conducting Medium
自由电子的表面散射强烈地改变界面附近的电磁响应。由于表面散射的固有各向异性，其必然反转电子速度的界面分量的法线，而其切向分量可以保持相同，因此高质量界面附近的薄层显示出强的介电各向异性。在金属-电介质界面附近形成的双曲色散层强烈地改变了局域态密度，并导致所有相关现象的数量级变化。
2018-03-22 physics.optics
Confined Hyperbolic Metasurface Modes for Structured Illumination Microscopy
等离子体激元双曲超颖表面已经成为操纵光传播的有效平台。在这里，限制模式上的银纳米脊阵列，表现出双曲线色散用于演示和建模的超分辨率成像技术的基础上结构照明显微镜。在458 nm处的空间分辨率约为75 nm，这是3.1倍，优于等效的衍射极限图像。这项工作强调的能力，工程师的限制光学模式的属性，并利用这些特性在成像中的应用。这项工作的结果可能会导致使用设计的亚波长结构的超分辨率成像的改进方法。
2021-09-02 physics.optics
Novel mid-infrared dispersive wave generation in gas-filled PCF by transient ionization-driven changes in dispersion
充气空芯光子晶体光纤（PCF）被用于产生更宽的超连续谱，特别是通过在深紫外和真空紫外中的色散波（DW）发射，具有多种应用。DWs是自压缩孤子能量共振转移的结果，这一过程关键依赖于相位匹配。最近有人预测，在强场制度，额外的瞬态异常色散引入的气体电离将允许相位匹配的DW产生中红外（MIR）-这是禁止在没有自由电子。在这里，我们报告的第一次实验观察到这样的MIR DW，嵌入在一个4.7倍频程宽的超连续谱，独特的同时达到真空紫外线，高达1.7 W的总平均功率。
2017-01-17 physics.optics
Band Gaps and Localization of Surface Waves at Hyperbolic Material and Topological Insulator Interfaces
National Nuclear Research University MEPhI（国立核研究大学莫斯科工程物理学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本文针对双曲材料与拓扑绝缘体界面表面波建立分析判据，明确其带隙、传播条件等，结合实例分析损耗影响，为中红外光子结构调控提供设计准则。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dramatic Raman Gain Suppression in the Vicinity of the Zero Dispersion Point in Gas-Filled Hollow-Core Photonic Crystal Fiber
1964年，Bloembergen和Shen预测，如果声子的产生和湮灭（通过非弹性散射）的速率精确平衡，拉曼增益可以被抑制。只有当每个过程所需的动量相同时，这才是可能的，即，由泵浦-斯托克斯散射产生的声子相干波与在泵浦-反斯托克斯散射中湮灭的声子相干波相同。在大体积气体电池中，这只能在与泵轴成斜角的有限相互作用长度上实现。在这里，我们报告了一个简单的系统，提供了显着的拉曼增益抑制在长共线路径长度的氢。它由一个充气的空芯光子晶体光纤组成，其零色散点被压力调节到接近泵浦激光波长。在一定的精确压力下，基模中斯托克斯光的产生被完全抑制，从而允许探索其他弱得多的非线性过程。
2015-08-26 physics.optics
Twist-Induced Hyperbolic Shear Metasurfaces
本文利用扭转角调控耦合各向异性弹性超表面，实现双曲波的巨大轴向色散与不对称损耗，并演示无反射负折射和频率编码方向的无衍射无损检测。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Generation of photon-plasmon quantum states in nonlinear hyperbolic metamaterials
我们通过非线性等离子体和超材料纳米结构中的自发波混合开发了集成成对光子等离子体激元产生的一般理论框架，通过电磁格林函数严格解释了量子机制中的材料色散和损耗。我们在具有70%内部量子效率的层状金属-介质结构中发现了光子-等离子体激元关联，并揭示了双曲型超材料中由于拓扑转变而导致的宽带产生增强的新机制。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Transverse hypercrystals formed by periodically modulated phonon-polaritons
光子晶体和超材料是操纵光的两个主要范例。结合这两种方法导致超晶体：双曲色散超材料，经历周期性调制和混合光子晶体的方面与双曲色散物理。到目前为止，由于各种技术和设计的限制，超晶体的实验实现有限。在这里，我们创建纳米级超晶体的晶格常数范围从25 nm到160 nm，并测量其集体布洛赫模式和色散与散射近场显微镜。我们证明了第一次色散的功能，如负群速度，带折叠的指示，和签名的状态峰的尖锐密度，预计超晶体（而不是普通的极化激子晶体）。这些密度峰值将我们的发现与理论预测相联系，理论预测甚至在几何简单的晶格中也会出现极其丰富的超晶体能带结构。这些特征使得超晶体既从根本上令人感兴趣，又有可能用于工程纳米级光物质相互作用。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
