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
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
Realizing high-quality, ultra-large momentum states using semiconductor hyperbolic metamaterials
我们采用有效介质近似（EMA）和布洛赫理论比较半导体双曲型超材料（SHMs）在中红外频率和金属双曲型超材料（MHMs）在可见光频率的色散特性。该分析揭示了EMA可以安全地应用于MHM和SHMs的条件。我们发现，精确的纳米级分层和较长的红外工作波长的组合，使SHMs以及有效的介质限制内，与MHMs相比，允许实现非常高的光子动量状态。此外，SHMs允许新的现象，如超快创建的双曲流形通过光泵。特别是，我们研究了通过光泵浦实现超快拓扑跃迁的可能性，该光泵浦可以在飞秒时间尺度上对适当设计的量子阱进行光掺杂。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metamaterial Van Hove Singularity
介绍了双曲型色散人工介质（超材料）中电子范霍夫奇点（VHS）的光子模拟。与光子晶体和电子晶体不同，超材料中的VHS与潜在的周期性无关，并且由于结构中的慢光模式而发生。我们表明，VHS特性表现在近场的局部光态密度，尽管双曲型超材料的损耗，色散和有限的单元格尺寸。最后，我们表明，这项工作应导致量子，热，纳米激光和生物传感应用的范霍夫奇异性在双曲型超材料可通过目前的制造技术。
2013-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thermal Hyperbolic Metamaterials
本文研究了双曲型异向介质的近场辐射热能传递特性。在一个宽的带宽内独特的电磁状态的存在导致超普朗克热能转移由纳米间隙分开的异向材料之间。我们认为实际的声子极化激元材料的热工程在中红外范围内，并表明存在的效果，尽管损失，吸收和有限的晶胞尺寸。对于需要在近红外范围内进行能量传递的热光伏能量转换应用，我们引入了基于具有高熔点的等离子体材料的高温双曲超材料。我们的工作为双曲型超材料的高温辐射热能传递的实际应用铺平了道路。
2013-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
NV-Metamaterial: Tunable Quantum Hyperbolic Metamaterial Using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们发现，金刚石中的氮空位（NV）中心可以产生一种新的量子双曲超材料。我们证明，双曲线色散关系的NV中心的金刚石可以工程和动态调谐通过施加磁场。这种具有可调负折射窗口的量子双曲超材料允许构建超过衍射极限的超透镜。除了亚波长成像之外，这种NV超材料还可以用于自发发射增强、热传输和声学、模拟宇宙学和寿命工程。因此，我们的建议将两个热点领域联系起来，即，NV中心和超材料。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
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
Enhanced and directional single photon emission in hyperbolic metamaterials
我们提出了一种方法来增强和引导的自发发射从孤立的发射器嵌入双曲型超材料到单光子束。该方法依赖于双曲型超材料的集体等离子体布洛赫模式，该模式在称为量子共振锥的高度定向光束中传播。我们提出了一个泵浦方案，使用双曲型超材料的透明窗口，发生在拓扑转变附近。最后，我们解决的挑战，这些宽带谐振锥外耦合到真空中使用的介质靶心光栅。我们给出了一个详细的分析淬火和设计的超材料有一个巨大的Purcell因子在一个宽的带宽，尽管在金属的损失。我们的工作应该有助于激发实验中的宽带发射器，如氮空位中心的单光子源的发展。
2013-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上，这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 physics.optics
Far-field super-resolution imaging with a planar hyperbolic metamaterial lens beyond the Fabry-Perot resonance condition
我们证明了利用平面双曲超材料透镜（PHML）可以实现远场超分辨成像，超越了法布里-珀罗共振条件。尽管PHML的厚度远大于波长，但PHML不仅可以高透过率地透射辐射波和倏逝波，而且可以收集图像区域内所有的波，并且它们的幅度在同一数量级。提出了一种实现远场超分辨成像的PHML设计方案，光源与像之间的距离为波长的10倍。我们表明，我们的PHML的超分辨率是强大的损失，和PHML可以通过周期性堆叠的金属和电介质层。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Purcell effect in Hyperbolic Metamaterial Resonators
光发射器的辐射动力学可以通过适当设计的材料结构来操纵，该材料结构提供高的光子态局部密度，这种现象通常被称为Purcell效应。具有电磁模式的双曲色散的等离子体纳米棒超材料被认为提供具有宽带和非共振性质的显著的Purcell增强。在这里，我们研究了由纳米棒超材料形成的有限尺寸的腔，并表明在这些双曲谐振器中的Purcell效应的主要机制源于腔双曲模式，其在微观描述中源于形成腔的有限数量的纳米棒的相互作用的圆柱形表面等离子体模式。结果发现，垂直于纳米棒极化的发射体表现出很强的衰减速率增强，这主要是由棒的长度的影响。我们证明，这种增强源于超材料腔的法布里-珀罗模式。由这些腔模式传递的Purcell因子达到几百，这是在近零跃迁频率处出现的Purcell因子的4-5倍。增强的效果是不太明显的偶极子，沿杆极化。此外，它表明，由法布里-珀罗模式提供的Purcell因子遵循的尺寸参数的阵列，而衰减率在近零制度几乎是不敏感的几何形状。所提出的分析表明，在结构化的超材料中设计发射体特性，解决其微观结构的可能性。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonreciprocity and One-Way Topological Transitions in Hyperbolic Metamaterials
控制纳米尺度结构材料中的电磁波是下一代光子电路和器件发展的核心。在这种情况下，双曲型超材料，其中椭圆Issues表面变形为具有异国情调的双曲拓扑结构的表面时，结构参数进行调整，已显示出前所未有的控制光的传播和相互作用。在这里，我们表明，这样的拓扑转变可以更不寻常的双曲超材料时，被赋予非互易性。明智的设计与减少空间对称性的超材料，以及通过磁化去除时间反转对称性，被证明会导致非互易色散和单向拓扑相变在双曲型超材料。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quantum nanophotonics using hyperbolic metamaterials
利用被称为超材料的人造纳米结构介质来设计光学特性，已经导致了具有从超分辨率成像到隐形能力的突破性设备。在这篇文章中，我们回顾了超材料的量子纳米光子应用，在该领域的最新发展。这旨在利用纳米光子学和纳米纤维学的最新进展来解决量子光学领域的许多挑战。我们专注于类的纳米结构介质与双曲型色散，已成为最有前途的超材料与众多的实际应用，从亚波长成像，纳米波导，生物传感非线性开关之一。我们提出了双曲型超材料的各种设计和表征原则，并解释了这种介质的最重要的属性：在电磁状态密度的宽带增强。我们回顾了最近的几个实验，探讨了这一现象，使用自发发射从染料分子和量子点。最后指出了双曲型异向介质在利用自发发射的宽带增强来构建单光子源方面的应用前景。
2013-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Chern insulators made of gyromagnetic hyperbolic metamaterials
利用人工光子晶体和电磁超材料控制光的传播是光子学领域的一个重要课题。值得注意的是，在光子Chern绝缘体的表面上或界面处的手性边缘态可以用于制造无反射波导。本文通过理论分析和电磁模拟，证明了旋磁双曲型超材料（GHM）是一种具有优良特性的光子Chern绝缘体。作为一种新的机制，在这些超材料中的双曲和旋磁效应的同时发生被证明打开与间隙陈数为1的大拓扑带隙。重要的是，与许多其他光子陈氏绝缘体不同，GHM陈氏绝缘体在其表面上具有非辐射手性边缘模式，因此允许在没有包覆金属的情况下制造单向波导，而包覆金属通常会产生相当大的欧姆损耗。此外，与晶体拓扑绝缘体相比，Chern绝缘体中的光子边缘态在很宽的长度尺度上都具有很强的抗无序性，并且通过改变外加磁场的方向，Chern绝缘体表面上的光流动方向可以很容易地翻转.有趣的是，我们发现拓扑表面波的负折射发生在GHM与旋磁参数相反的符号之间的边界。最后，我们表明，与其他光子拓扑材料，如手征双曲材料相比，目前的GHM陈氏绝缘体可以更容易地制作。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic waveguides cladded by hyperbolic metamaterials
具有双曲色散的强各向异性介质可以用于等离子体激元波导的包层。为了分析这种波导的基本特性，我们解析地研究了双曲超材料（HMM）在HMM-Insulator-HMM（HIH）结构中的一维波导。我们表明，双曲型超材料包层在设计HIH波导的性能方面提供了灵活性。我们对一维等离子体波导的比较研究表明，HIH型波导可以具有比MIM或IMI波导更高的性能。
2014-11-14 physics.optics
Insurgent Metamaterials: light transmission by forbidden transitions
本研究提出含禁戒跃迁量子发射器的“反叛超材料”概念，证实其电磁响应异于常规双曲介质，并探讨了该效应的实验表现，拓展了超材料的设计思路与物理内涵。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz active spatial filtering through optically tunable hyperbolic metamaterials
我们从理论上考虑红外驱动的双曲型超材料能够空间过滤太赫兹辐射。超材料是由交替的半导体和电介质层制成的平板，其在太赫兹频率下的均匀单轴响应显示出不同符号的主折射率。由超材料双曲色散提供的间隙允许板在通过改变红外辐射强度可调谐的带宽内停止空间频率。我们数值上证明了设备的功能，通过诉诸全波模拟耦合到半导体层中的红外辐射光激发的电荷载流子的动力学。
2012-05-30 physics.optics
Self-consistent Purcell factor and spontaneous topological transition in hyperbolic metamaterials
在这项工作中，我们开发了一个自洽的方法来计算Purcell因子和兰姆位移的高色散双曲型超材料占有效偶极子频率偏移。我们还从理论上预言了自发拓扑转变的可能性，这种自发拓扑转变的发生不是由于系统参数的外部变化，而是由于兰姆位移。
2016-07-12 physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Nano-Resonators Make Poor Single Photon Sources
本文利用准正规模方法研究了双曲型超材料纳米谐振器耦合量子偶极子辐射源的光学性质。我们表明，耦合到超材料纳米谐振器可以导致显着的Purcell增强，这是近一个数量级大于等离子体共振器具有可比的几何形状。然而，相关联的单光子输出$β$ -因子极低（大约10 $\%$），远小于可比尺寸的金属谐振器的那些（70 $\%$）。使用准正规模式展开的光子格林函数，我们描述了如何低的$β$ -因素是由于增加欧姆淬灭所产生的红移共振，较大的品质因数，和较强的限制光内的金属。与目前的智慧相反，这些结果表明双曲超材料纳米结构对于单光子源来说是糟糕的选择。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Broadband enhancement of spontaneous emission from nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds by hyperbolic metamaterials
我们实验证明了纳米金刚石中氮空位中心发射的宽带增强。通过使用具有双曲色散的多层超材料来实现增强。这种超材料是由金和氧化铝层交替堆叠而成的。我们的方法铺平了道路，建设高效的单光子源作为平面片上器件。
2013-04-24 physics.optics
Topological bands and triply-degenerate points in non-Hermitian hyperbolic metamaterials
双曲型超材料是一类特殊的电磁超材料，由于其独特的性质在许多领域有着重要的应用。一个令人惊讶的特点是，即使是连续的障碍可以拥有拓扑边缘模式。然而，以前的研究基于等频面（费米面的类比）可能无法正确地捕捉整个带的拓扑结构。在这里，我们开发了一个拓扑带描述连续的阻碍，可以描述的非厄米哈密顿从麦克斯韦方程组制定。我们发现了两种类型的三维非厄米三角形简并点，具有复杂的线性色散和拓扑电荷$\pm 2$和0诱导的手征和旋磁效应。由于光子学的性质，真空带对于Hynx中的拓扑边缘态和体-边缘对应起着重要的作用。拓扑带的结果，数值证实了麦克斯韦方程组的直接模拟。我们的工作提出了一个一般的非厄米拓扑带处理连续的Hyns，铺平了道路，探索有趣的拓扑相位在光子连续和设备实现的拓扑Hyns。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-polaritons and diffraction on the layer of asymmetric hyperbolic metamaterial
我们考虑了沿一层双曲型超材料的等离子激元在各向异性轴平面内传播，其方向任意。作为层状材料，我们使用周期性的平面层状人工介质或薄金属和电介质层的双曲超材料，并产生其均匀化。找到了快、慢、泄漏、滑动流、前向和后向等离子体激元-极化激元存在的条件，得到了任意偏振态平面波在这种结构上衍射的菲涅耳公式。计算了等离子体激元-极化激元的色散和平面波衍射。
2020-01-10 physics.optics
Hyperbolic plasmons on uniaxial metamaterials
我们分析了在半无限各向同性介质和有效单轴材料之间的界面处支持的具有双曲色散的表面电磁波。除了已知的具有双曲线色散曲线的等离子体激元类型外，有时也称为Dyakonov等离子体激元[Z. Jacob和E. E. Narimanov，APL 93，221109（2008）]，我们对具有双曲色散的两种新类型的表面波进行分类。与Dyakonov等离子体激元相反，这种波的一种类型不需要涉及双曲超材料。这些具有TE和TM电磁分量的混合偏振等离子体激元模式是定向的。其传播方向可以通过改变材料参数来控制。
2015-08-03 physics.optics
Spontaneous emission dynamics of $Eu^{ 3+}$ ions coupled to hyperbolic metamaterials
具有可调电磁特性的亚波长纳米结构系统，如双曲型超材料（HAMTS），为定制自发发射过程提供了一个有用的平台。在这里，我们研究了一个系统，包括$Eu^{ 3+}(NO_{3})_{3}6H_{2}O$纳米晶体上的HMM结构，其特征在于在多孔$Al_{2}O_{3}$矩阵的Ag-纳米线的六边形阵列。HMM偶联的$Eu^{ 3+}$离子表现出高达2.4倍的衰减速率的增加，伴随着$^{ 5}D_{0}\rightarrow$ $^{ 7}F_{2}$跃迁的发射速率的增强。使用时域有限差分建模，我们证实了这些观察与所看到的$Eu^{ 3+}$离子在HMM附近的光子态密度的增加。我们的研究结果表明，阻碍可以作为一个有价值的工具，以控制从弱跃迁的发射，因此暗示在纳米光电子学和量子器件的稀土离子的更实际的应用路线。
2021-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fluctuational electrodynamics of hyperbolic metamaterials
详细讨论了双曲型超材料的平衡和非平衡涨落电动力学。我们展示了两种不同方法的统一方面，一种是利用第二类波动耗散定理，另一种是利用散射方法。我们分析了在有限温度下双曲介质的近场，并表明，缺乏空间相干性可以归因于超普朗克热辐射的多模态性质。我们还采用了声子极化激元超晶格超材料的分析，并描述了适用于实验验证我们的预测效果的制度。结果表明，远场热发射光谱主要由ε-近零和ε-近极响应，正如基尔霍夫定律所预期的那样。我们的工作应该帮助理论家和实验学家研究复杂的介质和工程师的平衡和非平衡波动在热光子学的应用。
2014-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analogue quantum gravity in hyperbolic metamaterials
众所周知，双曲型超材料中的异常光子可以被描述为生活在有效闵可夫斯基时空中，这是由这些超材料中的强各向异性介电张量的特殊形式定义的。在这里，我们证明了在这种近似的范围内，双曲超材料中的声波看起来类似于引力波，因此量子化的声波（声子）看起来类似于引力子。这种量子引力的模拟模型在双曲型超材料的相变附近看起来特别有趣，在那里，可以根据超材料温度来开关量子引力效应。我们还预测了强增强的声致发光的铁磁流体为基础的双曲型超材料，这看起来类似于强引力场中的粒子创建。
2022-04-12 gr-qc physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Terahertz volume plasmon-polariton modulation in all-dielectric hyperbolic metamaterials
本文研究了全介质双曲超材料中通过掺杂和几何参数调控太赫兹高k等离子体极化激元模式的方法与机制。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Hyperbolic Metamaterials
双曲型超材料最初被引入以克服光学成像的衍射极限。此后不久，人们意识到双曲型超材料展示了许多新颖的现象，这些现象是由它们的光子态密度的宽带奇异行为引起的。这些新的现象和应用包括超分辨率成像，新的隐身技术，增强的量子电动力学效应，热超导，超导和有趣的引力理论类似物。在这里，我们简要回顾了典型的材料系统，表现出双曲线的行为和概述双曲超材料的重要应用。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci gr-qc physics.optics
Darker than black: radiation-absorbing metamaterial
我们发现，双曲型超材料的波纹表面散射光优先内的介质，导致在一个非常低的反射率和最终的黑暗外观的光谱范围内的双曲色散。这种现象的根本重要性，实验证明在氧化铝膜中生长的银纳米线阵列，起源于光子态密度的宽带奇异性。它为从隐形技术到高效太阳能电池和光电探测器的各种应用铺平了道路。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second harmonic double resonance cones in dispersive hyperbolic metamaterials
研究了双曲型超材料中二次谐波双共振锥的形成。该结构表面上的电偶极子诱导二次谐波光传播到两个不同的体积等离子体激元-极化激元通道中：一个信号在其特有的共振锥内传播;一个锁相信号被困在泵的共振锥下。超材料色散和双折射引起两个体积等离子体激元之间的大的角度发散，使这些结构的理想亚波长的第二和更高的谐波成像显微镜。
2013-05-23 physics.optics
Chalcogenide hyperbolic metamaterial with switchable negative refraction
硫系玻璃是一种特殊的材料，其在相变时显示出宽的光学特性对比度，并且被高度研究用于可重构电子和纳米光子器件。在这里，我们报告了第一个基于硫族化物玻璃的非易失性、可切换双曲超材料的概念验证演示。通过使用$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$（GST）合金作为多层纳米复合结构的组分之一，并利用其相变特性，我们展示了一种双曲超材料，其中I型双曲色散$(ε_{\perp} < 0, ε_{\parallel} > 0)$可以从近红外到可见光区域切换。这为可重构器件应用开辟了新的机会，例如成像、光学数据存储和传感。
2017-03-31 physics.optics
Enhancement of Coulomb blockade in epsilon near zero and hyperbolic metamaterials
超材料中电荷的库仑相互作用可以通过其有效介电响应函数来表示。库仑相互作用在人工设计的近零折射率（ENZ）和双曲超材料中出现了显著增强。事实上，最近观察到负ENZ条件通过增强库珀配对来增强复合超材料的超导性质。在这里，我们证明了正ENZ条件增强了电荷的库仑排斥，从而大大增强了这种超材料的库仑阻塞效应。与高温超导铜氧化物类似，在双曲型超材料中，超导性和库仑阻塞诱导的电荷有序性被预测为相互竞争。
2017-09-25 cond-mat.supr-con physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Feasible for Fabrication with Direct Laser Writing Processes
受激发射耗尽显微镜启发的直接激光写入（STED-DLW）工艺可以提供3D结构的衍射无限制造，这是传统电子束或光学光刻不可能的。我们提出了一种双曲超材料与STED-DLW制造。首先，我们设计了具有三种不同磁偶极子的曲折线结构，这些磁偶极子可以在不同的光入射下被激发。然后，根据垂直入射和侧向入射时对应的有效参数，我们发现五层结构在15 ~ 20 THz之间呈现双曲型色散关系。最后，我们研究了有效参数的虚部对超材料色散的影响。尽管几何各向异性，所提出的超材料结构也具有三维各向同性渗透率的潜力。
2015-04-14 physics.optics
Virtual Black Holes in Hyperbolic Metamaterials
电磁超材料中的光学空间可以被设计成模拟各种奇异的时空几何形状。然而，这些超材料模型在许多方面受到限制。人们相信真实的物理时空在普朗克尺度上强烈波动。这些波动通常被描述为虚黑洞。迄今为止介绍的静态超材料模型没有表现出类似的行为。在这里，我们证明了双曲型超材料中光学空间的热涨落导致虚电磁黑洞的产生。如果超材料的介电组分表现出临界乳光，则该效应非常大。
2011-01-24 gr-qc physics.optics
Constructing Hyperbolic Metamaterials with Arbitrary Medium
双曲型超材料的最新进展在控制光传播领域取得了许多突破。然而，不寻常的电磁特性也对其组成材料提出了极高的要求。受天然材料有限的相对介电常数的限制，构造的双曲型超材料的有效介电常数也被限制在一个狭窄的范围内。基于结构诱导欺骗表面等离子体激元的概念，我们证明了可以选择任意材料来构造具有独立的相对有效介电常数分量的双曲型超材料.此外，相对有效介电常数分量的理论可实现范围是无限的。作为该方法的证明，设计了三种新型的双曲型超材料，并通过特定方向的传播对它们的功能进行了数值和实验验证。为了进一步说明该方法的优越性，提出了一种全金属低损耗双曲型超材料填充空气，并进行了演示。该方法有效地降低了双曲型超材料的设计要求，为微波和太赫兹聚焦、超分辨率成像、电磁隐身等需要大介电常数覆盖的场景提供了新的思路。
2020-11-17 physics.app-ph physics.optics
Reflection from the periodically modulated interface of a hyperbolic metamaterial
对入射辐射在周期调制双曲型超材料边界上的散射特性进行了数值研究。我们已经找到了最佳的锯齿形轮廓的接口，它提供了最小的反射。结果表明，在一定的取向的超材料的光轴，一个亚波本地化的领域发生在锯齿界面。给出了本征模的近似解析表达式，并应用格林第二恒等式将数值方法推广到计算场。
2019-01-09 physics.optics
Observation of enhanced optical spin Hall effect in a vertical hyperbolic metamaterial
双曲型超材料，即水平堆叠的金属和介质多层膜，最近被研究作为观察光学自旋霍尔效应的平台。然而，水平双曲型超材料中存在的大自旋霍尔效应伴随着极低的透射率，这阻碍了其实际应用。减小样品厚度以增加透射率会导致偏移减小。在这封信中，我们证明了一个垂直的双曲超材料可以提高几个数量级的位移相比，其水平对应的位移。在相同的材料组合和总厚度条件下，当入射角为5 °时，位移增强可达800倍以上，当入射角为1 °时，位移增强可达5000倍以上，且位移增强与入射角有关。作为概念验证，我们用纳米压印光刻法制作了一个大尺寸的金纳米光栅，并用斯托克斯偏振仪测量了螺旋度相关的位移，这与模拟结果吻合得很好。垂直双曲超材料中的巨大光学自旋霍尔效应将使包括滤波器、传感器、开关和分束器在内的光学器件的螺旋度相关控制成为可能。
2019-06-25 physics.optics
Switchable Hyperbolic Metamaterials With Magnetic Control
研究了一种可开关双曲型材料（SHM），通过磁场控制可以打开或关闭材料的双曲型色散。该结构简单，为一维周期性的介质层和旋磁层堆叠结构。旋磁层的有效磁导率为负时，旋磁材料的双曲线色散可转化为规则的圆色散，当直流磁场关闭时，旋磁材料的双曲线色散可转化为规则的圆色散。这种可切换的色散转变是可逆的，在许多领域具有巨大的潜在应用。
2012-03-06 physics.optics
Generation, amplification, frequency conversion and reversal of propagation of THz photons in nonlinear hyperbolic metamaterial
提出了一种超材料，它支持三个或更多的正常和反向电磁模式的混合物，具有相等的同向相速度和相互反向的能量通量。这使得非凡的三波混频，大大增强了光学参量放大和频率变化的纠缠光子在反射方向的产生。基于波导THz波在碳纳米管超材料中反向传播的具体例子，对这一过程进行了原理验证数值模拟。
2017-09-18 physics.optics
Second-harmonic generation from hyperbolic plasmonic nanorod metamaterial slab
双曲等离子体超材料为设计不寻常的线性和非线性光学特性提供了许多机会。我们发现，模式重叠的基本和二次谐波光在各向异性等离子体超材料板的辐射的二次谐波强度的宽带增强的结果由高达2个数量级的TM和TE偏振的基本光，相比TM偏振照明下的光滑的金膜。这些结果为设计可调谐倍频超材料提供了可能性，其目标是克服与厚非线性晶体中的经典相位匹配条件相关的限制。
2016-01-07 physics.optics
Experimental observation of effective gravity and two times physics in ferrofluid-based hyperbolic metamaterials
最近有人提出，双曲型超材料中的异常光波表现出两次物理行为（Phys. Rev. Lett. 105，067402，2010）。通过对铁/钴基双曲型超材料的类重力非线性光学的研究，我们在实验上观察到了这种效应。除了传统的时间坐标外，沿超材料光轴方向的空间坐标也表现出类时特性，这导致了这些系统中非常不寻常的二次物理行为。
2020-08-20 gr-qc physics.optics
Electromagnetic Energy Density in Hyperbolic Metamaterials
推导了电磁波通过双曲型超材料时的能量密度。这两种类型的障碍进行了研究。通过将色散吸收隐马尔可夫模型看作一个有效的单轴晶体，我们发现在电磁波的影响下，I型（II型）隐马尔可夫模型在垂直于光轴和平行于光轴方向上的响应分别类似于Lorentz（Drude）和Drude（Lorentz）介质。数值算例揭示了这两种类型的阻尼器的方向相关储能容量的一般特性。
2022-03-07 physics.optics
Giant Photoresponsivity of Mid-Infrared Hyperbolic Metamaterials in the Quantum Regime
我们探索基于纳米图案化双曲超材料（HMM）的宽带，广角中红外整流，由亚纳米隧道势垒分隔的两种不同的金属组成。由这种周期性沟槽阻碍支持的奇异慢光模式有效地将入射辐射捕获在大规模平行的金属-绝缘体-金属隧道结中，从而支持由光子辅助隧穿引起的超快光学整流。这导致高效的光子到电子转换，比传统的整流天线大几个数量级。我们的研究结果有望对红外能量采集器和等离子体光电探测器产生影响。
2015-09-23 physics.optics
Closed-form formulae of hyperbolic metamaterial made by stacked hole-array layers working at terahertz or microwave radiation
由堆叠的孔阵列层制成的超材料被称为渔网超材料，其在比孔阵列周期长得多的波长处表现为双曲线超材料。然而，渔网状超材料的有效参数的解析公式还没有被报道，阻碍了使用这种结构的深亚波长成像器件的设计。本文给出了一种工作在太赫兹或微波频率下的渔网状超材料的各向异性色散关系的有效参数的新的闭合公式。这些有效参数的鱼网超材料是一致的准完整的解决方案，使用已知的有效参数的孔阵列层的工作频率低于其欺骗等离子体频率与超晶格周期远小于孔阵列周期。我们还从理论上证明了使用狭缝阵列层和渔网超材料的复合结构在λ/83处的深亚波长聚焦。结果表明，在鱼网超材料内部的聚焦光强比无鱼网超材料时的聚焦光强大几倍，但透射光强仍然受到空气和鱼网超材料中较大的波矢差的限制。我们的有效参数可以帮助下一代深亚波长成像器件工作在太赫兹或微波辐射。
2017-04-12 physics.optics
Radiative thermal diode via hyperbolic metamaterials
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HMF）支持在宽光谱范围内传播任意大的波矢，对近场辐射热输运工程具有独特的价值。在这里，通过采用一个合理的设计方法的基础上的电磁局域态密度，我们证明了HALTH的能力，大大纠正辐射热流。我们的想法是建立一个正向偏置的情况下，两个HMM为基础的终端的热二极管功能重叠的双曲线带，从而导致一个大的热流，并抑制反向热流通过创建光谱失配的态密度的温度偏置翻转。作为一个例子，我们提出了几个高性能的热敏二极管配对的极性的绝缘体和金属-绝缘体过渡（MIT）材料制成的周期性纳米线阵列的形式，并考虑三种有代表性的基板。优化后，我们理论上实现了324的整流比在100 nm的间隙，这仍然大于148的更大的间隙尺寸高达1 μ m在很宽的温度范围内。与使用相同材料的体二极管相比，最大整流能力提高了近1000倍，是最先进设计的两倍。我们的工作突出了HPLF用于整流辐射热流的潜力，并可能在先进的热管理和能量转换系统中找到应用。
2021-09-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Super-Planckian far-zone thermal emission from asymmetric hyperbolic metamaterials
在本文中，我们证明了非对称双曲型超材料（AHM）可以在远场区产生超过普朗克极限的强方向性热辐射。非对称性是单轴介质中固有的，其光轴相对于介质界面倾斜，并且表现为相对于界面向上和向下传播的波的性质的差异。众所周知，在通常的双曲型超材料中，某些光子会发生高态密度（DOS），但在真空中，它们的发射会通过全内反射而保持较小的数量。然而，AHM的使用增强了AHM中的波与自由空间中的波的耦合效率，这导致在某些方向上的超普朗克远场热发射。不同的等离子体超材料可用于实现AHM。作为例子，从AHM的热发射，基于石墨烯多层膜，进行了讨论。
2014-02-14 physics.optics
Optical nonlocality in multilayered hyperbolic metamaterials based on Thue-Morse superlattices
我们发现，双曲电磁超材料实现为多层的基础上安排根据Thue-Morse（ThM）的非周期序列的两种材料成分可能会表现出强烈的非局部效应，表现为额外的非常波的外观，这是不是由标准的有效介质理论（本地）模型预测。从数学的角度来看，这些影响可以与转移矩阵迹的固定点相关联，并且可以通过迹映射形式主义有效地参数化。我们发现，它们的发病是伴随着一个强大的波矢依赖的有效本构参数。尽管不可避免的（布洛赫型）超胞终止强制执行的固有周期性，我们表明，这种强非局部性保留在任何任意高阶迭代，即，接近实际的非周期状态。此外，对于某些参数配置，在给定的波长下并且对于两个给定的材料层，当相同的层以标准周期性方式布置时，这些效应可能显著地不那么突出。我们的研究结果表明，（非周期性）的层的位置顺序构成了一个有效的和技术上便宜的额外的自由度的光学非局域性工程。
2013-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Design and Numerical Analysis of Hyperbolic Metamaterial Based Ultrasensitive E. Coli Sensor
本文提出一种基于Ag-Al2O3双曲超材料的超灵敏E. Coli传感器，利用时域有限差分法分析，在可见至近红外波段实现9000 nm/bacteria的极高灵敏度，适用于宽波段无标记检测。
2023-11-27 physics.optics
The effectiveness of thin films in lieu of hyperbolic metamaterials in the near field
我们表明，近场功能的双曲型超材料（HMM），通常提出增加光子局域态密度（LDOS），可以实现与薄金属膜。虽然阻碍有无限密度的内部传播的平面波状态，外部耦合到附近的发射器受到严格限制。我们分析表明，适当设计的薄膜，厚度相当于金属尺寸的双曲线超材料，产生的LDOS高达（如果不高于）的HALF。我们说明了这些想法，通过执行精确的数值计算的LDOS的多层阻碍，以及他们的应用程序的问题，最大限度地提高近场热传递，显示薄膜是合适的替代品，在这两种情况下。
2014-01-29 physics.optics
