Laser-induced Translative Hydrodynamic Mass Snapshots: mapping at nanoscale
超快激光能量沉积在贵金属薄膜中引起的纳米级热辅助流体动力学熔体扰动产生不可逆的纳米级平移质量再分布，并导致形成径向对称的冻结表面结构。我们证明，最终的三维（3D）形状的表面结构后形成的熔融部分的膜的再固化所示的受入射激光能量密度，更重要的是，通过分子动力学建模理论预测。考虑到与激光诱导能量吸收、电子-离子能量交换、声弛豫和流体动力学流动相关的潜在物理过程，分离慢物理过程和快物理过程并结合混合分析双温度计算、可缩放分子动力学模拟和半分析薄壳模型的理论方法被示出为提供最终纳米级固化形态的准确预测，与在不同入射激光能量密度下产生的表面结构的纳米级聚焦离子束切割的直接电子显微镜可视化完全一致。最后，这些结果是在合理的定量协议与质量分布在整个表面纳米结构，提供了他们的非侵入性和非破坏性的纳米级表征的基础上，能量色散X射线荧光光谱，在可变的电子束能量。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Simultaneous nanoscale excitation and emission mapping by cathodoluminescence
本研究提出一种阴极发光技术，可同步映射纳米尺度的激发与发射空间，揭示亚波长发射调制及电磁能量输运，从而获取此前无法触及的纳米光学性质。
2022-10-07 physics.optics
Plasmonic Hot Electron Transport Driven Site-Specific Surface-Chemistry with Nanoscale Spatial Resolution
金属纳米结构附近电磁场的纳米尺度局域化是等离子体激元学的基础和应用。等离子体衰变不可避免的能量损失，最初被视为一种损害，现在已经扩大了等离子体应用的范围，以利用产生的热载流子。然而，这些热载流子的空间定位的定量理解，类似于电磁近场地图，一直难以捉摸。在这里，我们在空间上映射热电子驱动的还原化学与15纳米的分辨率作为时间和电磁场极化的函数，为不同的等离子体纳米结构。我们结合实验，采用六电子光回收过程，修改等离子体银纳米天线上的自组装单层的端基，从第一性原理计算的非平衡热载流子输运在这些系统中的理论预测。由此产生的本地化的反应区域，确定从高场区域的热载流子传输，铺平了道路，热载流子提取科学和纳米区域选择性表面化学。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Force Detection of Electromagnetic Beam Chirality at the Nanoscale
许多纳米光子应用需要在纳米尺度上精确控制和表征电磁场特性。场的手征性质是其关键特性之一，但在超过衍射极限的维度上测量光学手征性已被证明是困难的。在这里，我们从理论上表明，手征性的光可以表征到纳米尺度的力检测手段。为了测量在纳米尺度下给定手性的光束的手性特性，我们确定施加在尖锐尖端上的光致力，该尖端首先由感兴趣的光束照射，其次由相反手性的辅助光束照射，以顺序的方式。我们表明，力的测量之间的差异是直接成比例的感兴趣的光束的手征性质。特别是，梯度力差$Δ\langle F_{grad, z}\rangle$被发现具有排他性的对应于入射光的时间平均螺旋度密度，而差分散射力提供有关光的自旋角动量密度的信息。我们进一步表征和量化的螺旋度依赖的$Δ\langle F_{grad, z}\rangle$使用米氏散射形式主义补充全波模拟，强调的差异力的大小是在实验检测范围内。
2022-02-17 physics.optics
A General Theoretical and Experimental Framework for Nanoscale Electromagnetism
局部、体响应函数（如介电常数）和宏观麦克斯韦方程组完整地描述了经典电磁问题，其特征仅在于波长$λ$和几何尺度。上述对固有电子长度尺度$L_{\text{e}}$的忽略导致最终在纳米级极限中击穿。在这里，我们提出了一个一般的理论和实验框架，治疗纳米电磁现象。该框架具有表面响应函数-被称为Feibelman $d$参数-重新引入了缺失的电子长度尺度。作为我们的框架的一部分，我们建立了一个实验程序来测量这些复杂的，分散的表面响应函数，使准正常模式微扰理论和观察到的明显的非经典效应-超过30%的光谱位移和Kreibig样加宽的故障-在一个典型的多尺度架构：薄膜耦合纳米谐振器，与功能尺寸可比的$L_{\text{e}}$和$λ$。
2019-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mapping and Quantifying Electric and Magnetic Dipole Luminescence at the nanoscale
我们报告的实验技术，以量化的相对重要性，从一个单一的纳米源在结构化的环境中的电和磁偶极子发光。通过将$Eu^{3+}$掺杂的纳米线连接到近场扫描光学显微镜针尖上，我们在金条上绘制了与两个电偶极和一个磁偶极跃迁相关的三维分支比。基于多层模型，可以定量地恢复电磁辐射局域态密度的相对权重。这为在单发射体水平上控制发光的纳米结构的完全电和磁表征铺平了道路。
2014-04-07 physics.optics
Demonstration of a Plasmonic Dimple Lens for Nanoscale Focusing of Light
将电磁能量聚焦到亚波长尺寸已经成为一个日益活跃的研究领域，用于各种应用，例如热辅助磁纪录（HAMR）、纳米光刻以及使用近场扫描光学显微镜（NSOM）技术的生物细胞和单分子的纳米级光学表征。金属-绝缘体-金属（MIM）几何结构中的双面表面等离子体激元已经被示出对于厚度小于10 nm的电介质具有非常小的波长。夹在金属之间的锥形电介质结构可以用于将来自自由空间光子的电磁能量有效地耦合到纳米级的等离子体波长。在本文中，我们提出了一种新的MIM等离子体透镜结构的制造和表征。
2009-06-10 physics.optics
Mapping nanoscale charge states and phase domains with quantitative hyperspectral coherent diffractive imaging spectroscopy
功能材料和纳米器件的关键性能通常源于不同热力学相和/或氧化态的共存，但样品组成很少完全已知的先验。相干衍射成像（CDI）提供了观察纳米尺度共存所需的空间分辨率，同时返回物体的全部振幅和相位信息，但迄今为止缺乏成分识别所需的光谱信息。在这里，我们展示了CDI光谱（CDIS），获得了原型量子材料钒氧化物的图像，跨越钒L2，3和氧K X射线吸收边，具有纳米级分辨率。使用高光谱X射线图像，我们显示在一个单一的样品中的多个氧化状态和阶段的共存，并提取完整的复折射率的V2 O 5和单斜绝缘和金红石导电相的VO 2。这些结果限制了隐藏相在VO 2绝缘体到金属过渡中的作用。
2020-08-27 physics.optics
Mapping nanoscale hotspots with single-molecule emitters assembled into plasmonic nanocavities using DNA origami
制造纳米腔，其中光学活性的单量子发射器被精确定位，是至关重要的构建纳米光子器件。在这里，我们表明，自组装的基础上强大的DNA折纸结构可以精确地定位单分子横向之间的等离子体基片，支持强烈的光学约束之间的子5nm的间隙。通过将单分子放置在纳米腔的中心，我们示出了漂白发色团之前和之后的等离子体共振的修改，并且获得了具有高量子产率（$\geq50$ %）的$\geq4\times10^3$的增强。通过改变分子在带隙中的横向位置，我们直接绘制了局域光学态密度的空间分布，分辨率为$\pm1.5$ nm。我们的方法引入了一种简单的非侵入性方法来测量和量化纳米尺度上的受限光学模式。
2017-10-30 physics.optics
Chiral Light Emission from a Sphere Revealed by Nanoscale Relative Phase Mapping
本研究通过电子束激发硅纳米球，利用消除偶极简并和电磁模式干涉两种策略产生全向圆偏振光，并用四维阴极发光法验证，为手性光源提供了新平台。
2021-03-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale resolved mapping of the dipole emission of hBN color centers with a scattering-type scanning near-field optical microscope
University of Münster（明斯特大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；CIC nanoGUNE BRTA（nanoGUNE研究中心）；University of Warsaw（华沙大学）
利用散射型近场光学显微镜研究hBN色心的纳米尺度偶极子取向，通过探针辅助PL过程实现高精度成像。
2025-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mapping the nanoscale optical topological textures with a fiber-integrated plasmonic probe
针对纳米级光学拓扑纹理三维矢量结构表征难题，提出基于光纤锥-银纳米线结构的等离子体探针，无需后处理即可直接重建远场近场三维电场，具鲁棒宽带特性，可推动光场拓扑表征及相关应用发展。
2024-09-12 physics.optics
Generation and Enhancement of Persistent Nanoscale Magnetization in All-Dielectric Metasurfaces by Optically Injected and Localized Free Carriers
School of Applied and Engineering Physics, Cornell University（康奈尔大学应用工程物理学院）
研究通过光注入和局域自由载流子生成和增强所有电介质超材料中持久的纳米尺度磁化，利用分析方法和电磁模拟实现时间界面，产生大范围的静态磁场。
2026-04-22 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Monte-Carlo-based electromagnetic modeling of nanoscale structures: accounting for inhomogeneous broadening in polydisperse ensembles
许多实验系统由大量非耦合或弱相互作用的元件组成，这些元件作为一个整体运行;这是纳米光学和等离子体的许多实验系统中的情况，包括胶体溶液，等离子体纳米颗粒，介电谐振器，天线阵列等。在这样的实验中，集合的光谱的测量将不同于独立元素的测量，即使这些元素被设计为由于元素与元素之间的小变化而相同，称为多分散性。特别是，窄带共振产生的尖锐光谱特征往往会显得更宽，甚至可能被完全洗掉。在这里，我们探索这种不均匀的增宽效果，因为它发生在胶体纳米聚合物，包括自组装的纳米棒链在溶液中。使用时域有限差分（FDTD）模拟和蒙特卡罗采样相结合的技术，我们预测这些胶体纳米聚合物的非均匀加宽的光谱，并观察到显着的定性差异相比，未加宽的光谱。电磁模拟技术与蒙特卡罗采样相结合的方法广泛适用于量化各种物理系统中的非均匀加宽的影响，包括那些具有许多自由度的系统，这些系统在计算上是难以处理的。
2013-08-01 physics.optics
Electron Bessel beam diffraction for precise and accurate nanoscale strain mapping
应变对材料的性能和电子器件的性能有很大的影响。它们不断缩小的尺寸转化为对具有非常高的空间分辨率的准确和精确测量方法的不断需求。在这方面，由于透射电子显微镜能够以亚纳米分辨率绘制应变图，因此透射电子显微镜是关键仪器。本文提出了一种基于电子贝塞尔光束衍射的纳米尺度应变测量新方法。我们证明，我们的方法提供了一个应变灵敏度优于$2.5 \cdot 10^{-4}$和$1.5 \cdot 10^{-3}$的准确性，竞争，或优于现有的最好的方法，一个简单，易于使用的实验装置。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electron and Light Induced Stimulated Raman Spectroscopy for Nanoscale Molecular Mapping
我们提出并理论分析了一种新的振动光谱，称为电子和光诱导受激拉曼（ELISR）散射，结合了高空间分辨率的电子显微镜与分子的表面增强拉曼光谱的灵敏度。利用ELISR，等离子体纳米粒子的电子束激发在衍射受限的泵浦激光器的存在下被用作光谱宽带但空间受限的斯托克斯光束。为了表征这种技术，我们开发了一个数值模型，并进行全场电磁模拟，以研究两种不同的纳米粒子的几何形状，纳米棒和纳米球，涂有拉曼活性材料。我们的研究结果表明，显着的（$10^6$ - $10^7$）受激拉曼增强，实现了双电子和光激发这些纳米粒子的几何形状。重要的是，电子显微镜的这种振动光谱的空间分辨率仅由纳米颗粒的几何形状和等离子体振子模式体积决定。我们的研究结果突出了ELISR的承诺，同时高分辨率电子显微镜与亚衍射限制拉曼光谱，补充超分辨率显微镜，相关光和电子显微镜，振动电子能量损失光谱的进展。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Large enhancement of near-field radiative heat transfer in the dual nanoscale regime enabled by electromagnetic corner and edge modes
本文首次从理论和实验上证明电磁角模与边模可在双纳米尺度机制中主导近场辐射传热，使20 nm厚SiC薄膜间的传热系数达到830 W/m2K，远超无限大表面和黑体极限。
2023-10-31 physics.app-ph physics.optics
Transparent subdiffraction optics: nanoscale light confinement without metal
纳米电子学与传统光学器件的集成受到光的衍射极限的限制。金属可以将光限制在所需的亚波长范围内，但它们是有损耗的，而介电材料不能将倏逝波限制在波导或谐振器之外，从而导致组件之间的串扰。我们介绍了光限制策略的范式转变，并表明光可以被限制在衍射极限以下，使用完全透明的人工介质。我们的方法依赖于控制倏逝波的光学动量，这是光子器件中被忽视的一个重要电磁特性。对于实际应用，我们提出了一类波导使用这种方法，优于串扰性能的1个数量级相比，任何现有的光子结构。我们的工作通过完全避免使用金属克服了纳米光子学的一个关键障碍，并且可以影响从可见光到微波频率范围的电磁设备。
2014-10-03 physics.optics
Wavelength-dependent photothermal imaging probes nanoscale temperature differences among sub-diffraction coupled plasmonic nanorods
虽然等离子体纳米结构的热和电磁特性已经很好地理解，但纳米温度测量仍然提出了实验和理论挑战。等离子体结构可以将电磁能量限制在纳米级，导致局部的、不均匀的、可控的加热。但是使用光学技术以纳米级的精度读出温度是一个困难的挑战。在这里，我们报告的光学测温的个别金纳米棒三聚体，表现出多种波长依赖性的等离子体激元模式，导致可测量的不同的局部温度分布。具体来说，我们演示了光热显微镜如何编码不同的波长依赖的温度分布的光热图像点扩散函数的不对称性。这些点扩散函数的不对称性解释通过同伴的光热图像的数值模拟，以揭示如何不同的热梯度内的纳米棒三聚体可以通过激发其杂化等离子体模式控制。我们还发现，光学暗的混合等离子体激元模式可以通过我们的聚焦激光束照明几何形状在某些光束位置处激发，从而提供了一种额外的途径来修改宽场照明之外的纳米级热分布。总之，这些研究结果证明了一种全光学测温技术，可以在衍射极限以下的纳米级上主动创建和测量热梯度。
2021-03-15 physics.optics
Compact Circuit Models for Nanoantenna-Based Lightwave Electronics
本文提出一种紧凑电路模型框架，用于快速可扩展地仿真纳米天线光波电子器件，在LTspice中实现并验证，将电磁分析从小时级加速至秒级，支持大规模集成系统分析。
2026-10-07 physics.app-ph physics.optics
Approach for describing spatial dynamics of quantum light-matter interaction in dispersive dissipative media
解决纳米结构中电磁场的放大和产生的挑战性问题使得能够在新的实际应用中实现纳米尺度下电磁场的许多特性。第一性原理量子力学考虑这样的问题是充分限制指数大的自由度，并不允许电磁场动力学被描述，如果它涉及大量的相互作用的原子和电磁场的模式。相反，电磁场的经典描述在纳米尺度上是不正确的，因为高水平的量子涨落与高耗散和噪声水平有关。在本文中，我们开发了一个框架，大大减少了自由度，它描述了电磁场与原子相互作用的量子空间动力学。作为例子，我们考虑了金属亚波长槽中原子间的相互作用，证明了自发激发的电磁脉冲以群速度传播。该方法可用于描述任意色散耗散系统中电磁场的非均匀放大和传播。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Collection of Propagating Electromagnetic Fields by Uncoated Probe
通过观察电磁场的细节来理解纳米级的光-物质相互作用是通过将纳米级探针引入光源的近场来实现的，捕获在远场丢失的信息。虽然金属涂层探针经常用于近场显微镜，但它们强烈地干扰了所研究的电磁场。在这里，通过实验和模拟，我们详细的光收集无涂层光纤探头，最大限度地减少这种扰动。来自强烈照射的亚波长亚表面特征的二次谐波光被成像，以避免以其他方式主导基本光背景，通过具有约23 nm光学分辨率的50 nm孔径未涂覆探针产生清晰的近场细节。模拟显示了金属涂层如何扭曲光学近场，并限制光耦合到探头相比，无涂层的探头。
2021-09-22 physics.app-ph physics.optics
Direct Nano-Imaging of Light-Matter Interactions in Nanoscale Excitonic Emitters
本文利用近场纳米光谱研究Au衬底上CdSe/CdxZnS1-xS纳米片的激子与间隙等离激元强耦合及表面等离激元定向传播，并通过介电环境调控实现光场限制与面内发射的工程设计。
2022-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanoscale Mapping of Magnetic Auto-oscillations with a single Spin Sensor
针对单个SHNO器件自振荡模式底层机制不明的问题，研究利用单自旋量子传感器实现纳米级磁自振荡成像，发现自振荡点由磁场最小值决定，为器件工程设计提供支撑。
2024-06-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Quantifying nanoscale electromagnetic fields in near-field microscopy by Fourier demodulation analysis
将光限制在尖锐的金属尖端已经成为研究远低于衍射极限的光学和电子特性的多功能技术。特别是近场显微镜在中红外光谱范围内发现了各种应用在探测纳米结构和它们的动力学。然而，正在进行的追求，最终高空间分辨率下降到单纳米制度和定量三维纳米断层扫描，这在很大程度上取决于从探头出现的近场的空间分布的精确知识。在这里，我们进行有限元模拟的尖端与现实的几何形状以上的电介质样品振荡。通过引入一种新的傅立叶解调分析的电场在空间中的每一点，我们可靠地量化的近场分布的样品上方和内部。除了推断横向场延伸（其可以小于尖端的曲率曲率半径）之外，我们还量化了样品内的探测体积。最后，我们可视化的散射过程到远场在一个给定的解调顺序，为第一次，和棚光的纳米级分布的近场及其演变的尖端样品的距离是不同的。我们的工作是理解和剪裁光学纳米显微术中倏逝场的空间分布的关键一步。
2021-10-18 physics.optics
Biased Nanoscale Contact as Active Element for Electrically Driven Plasmonic Nanoantenna
电驱动的光学天线可以用作在光学频率下操作的电磁辐射的紧凑源。在最广泛探索的配置中，当跨隧穿间隙施加偏置电压时，由结构的金属部分之间的电子隧穿产生辐射。我们建议使用弹道纳米收缩作为支持等离子体模式的光学天线的馈电元件，而不是依赖于间隙中固有的低效非弹性光发射。我们讨论了负责光发射的基本机制，并表明，与这样的纳米级接触，可以达到量子效率的数量级大于标准的发光隧道结构。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale fluorescence lifetime imaging with a single diamond NV center
固态量子发射体，例如人工工程量子点或固体中天然存在的缺陷，正在被研究用于从量子信息科学和光电子学到生物医学成像的应用。最近，这些相同的系统也从纳米计量学的角度进行了研究。在这封信中，我们研究的近场光学性质的金刚石晶体托管一个单一的氮空位中心。我们发现氮空位中心是周围电磁模式结构的灵敏探针。我们利用这种敏感性，以证明纳米级荧光寿命成像显微镜（FLIM）与一个单一的氮空位中心成像的光学天线的局部态密度。
2013-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonic Waveguides to Enhance Quantum Electrodynamic Phenomena at the Nanoscale
等离子体激元的新兴领域可以导致在极纳米级区域增强轻物质相互作用。等离子体（金属）器件有望有效地控制光的经典和量子特性。等离子体波导通常用于在纳米尺度下激发可以与物质强烈相互作用的受限电磁模式。分析表明，这些微波波导与低频微波波导具有相似之处。在本文中，我们从经典电磁的角度回顾了研究与量子光发射器耦合的等离子体纳米结构的方法。这些量子发射器主要用于产生单光子量子光，该单光子量子光可以在设想的量子信息技术中用作量子比特或量子比特。我们展示了不同的方法来增强各种各样的量子电动力学现象的基础上，等离子体配置使用经典的并矢张量格林函数形式主义。更具体地说，自发发射和超辐射的分析，通过使用基于格林函数的场量子化。量子等离子体激元学这一令人兴奋的新领域将为量子领域的通信和计算应用带来大量新颖的光学器件，如高效的单光子源、量子传感器和紧凑的片上纳米光子电路。
2021-02-16 physics.optics
Emerging Optics from Structured Nanoscale Optical Cavities
本文综述结构化纳米光学腔的近场、集体耦合及光与物质相互作用调控，总结纳米激光性能及其在量子工程、拓扑光子学与集成光子系统中的应用。
2023-07-24 physics.optics
Plasmonics with a Twist: Taming Optical Tornadoes on the Nanoscale
本章讨论了一种受流体力学启发的方法来捕获和操纵等离子体纳米结构中的光，该方法基于引导纳米障碍物周围的光学功率流。等离子体纳米聚焦机制的新见解是通过调用“光子流体”（PF）的类比获得的。通过适当的纳米结构设计，PF动能可以通过对流加速局部增加，然后转化为“压力”能量以产生高场强的局部区域。特别是，被捕获的光可以被塑造成光学漩涡--像龙卷风一样的能量通量圆周运动的区域--连接成类似传输的序列。在电磁理论术语中，这种方法是基于倏逝场的无辐射电磁干扰，而不是基于纳米颗粒中诱导的偶极子辐射的传播波的干扰。由此产生的操纵光学功率流远远超过衍射极限的能力有助于减少耗散损耗，增加纳米级体积内积累的能量，并激活非磁性纳米结构中的磁响应。它也形成了一个基础，为长距离的芯片上的能量传输/路由，以及为主动纳米级场调制和开关。
2014-05-07 physics.optics
Sub-nanoscale Resolution for Atom Localization, Lithography and Microscopy via Coherent Population Trapping
我们提出了一种基于相干布居捕获的方案，以获得亚纳米级的原子局域化，显微镜和光刻分辨率。我们的方法采用三能级原子耦合到振幅调制的探测场和空间相关的驱动场。探测场的调制使我们能够利用通常与电磁感应透明相关的陡峭色散，并提供了一种仅使用光场实现亚纳米分辨率的途径。我们说明了该技术的应用领域的显微镜和光刻，并显示如何多级计划提供进一步提高分辨率的可能性。
2009-12-07 physics.optics quant-ph
Real-time ratiometric optical nanoscale thermometry
全光学纳米测温技术已经成为一种强大的、非侵入性的工具，用于测量从医学到纳米光学和固态纳米器件等应用中的纳米级温度。任何候选纳米温度计的关键特征是灵敏度和分辨率。在这里，我们展示了一种实时的，基于金刚石的纳米测温技术，其灵敏度和分辨率远远大于任何现有的全光学方法。我们的方法的独特性能源于两个因素。首先，温度传感器纳米金刚石共同拥有两个IV族色心，设计成在单个激光源的激发下发射光谱分离的斯托克斯和反斯托克斯荧光信号。第二，基于滤波光学器件和用于快速读出的高灵敏度光子计数器的并行检测方案。我们通过监测微电路和MoTe2场效应晶体管局部温度的时间变化来证明我们方法的性能。我们的工作奠定了时间分辨温度监测和微，纳米器件，如微流体通道，纳米光子电路和纳米电子器件，以及复杂的生物环境，如组织和细胞的映射的基础。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Electromagnetic manipulation of sub-500 Da biomolecules
该研究提出融合DEP与等离子体光镊的器件，实现对金属纳米颗粒及数百Da级生物分子的高效捕获、SERS表征与单分子生物传感。
2024-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
Directional Dark Field for Nanoscale Full-Field Transmission X-Ray Microscopy
Helmholtz-Zentrum Hereon（赫姆霍兹海雷恩中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Fraunhofer IAPT（弗劳恩霍夫应用聚合物研究 institute）；Medical University of Vienna（维也纳医科大学）；Austrian Cluster for Tissue Regeneration（奥地利组织再生集群）
本文提出一种方向暗场成像方法，实现亚微米级纳米结构的取向映射，通过简单实验验证其在生物矿化、先进材料和纳米技术中的应用价值。
2026-03-09 physics.ins-det physics.optics
First experimental demonstration of an isotropic electromagnetic cloak with strict conformal mapping
在过去的几年中，准共形映射已被典型地用于设计宽带电磁隐身衣。然而，这种技术有一些固有的实际限制，例如横向光束偏移，使设备可见或难以隐藏大物体。在这项工作中，我们绕过这些问题，使用严格的保角映射，建立第一个各向同性斗篷。微波近场测量表明，该器件（介电常数处处大于1）具有很好的隐身性能和较宽的频率响应。目前的电介质方法可以在技术上扩展到在更高的频率下的其他共形器件的制造。
2013-05-22 physics.optics
Nanoscale-confined Terahertz Polaritons in a van der Waals Crystal
电磁场限制对于纳米光子技术至关重要，因为它允许增强光-物质相互作用，从而实现深亚波长尺度的光操纵。在太赫兹（THz）光谱范围内，辐射限制通常是通过特殊设计的金属结构（如天线或纳米缝）实现的，由于太赫兹辐射的波长相当长，因此具有较大的占地面积。在这种情况下，范德华（vdW）晶体中的声子极化激元-光耦合到晶格振动-已经成为控制超过衍射极限的光的有前途的解决方案，因为它们具有极端的场约束和低光学损耗。然而，在太赫兹频率的纳米尺度限制的声子极化激元的实验演示至今仍然难以捉摸。在这里，我们提供了它通过采用散射型扫描近场光学显微镜（S-SNOM）结合自由电子激光（FEL），揭示了一系列的低损耗极化激元激发频率从8至12太赫兹的VDW半导体$α-MoO_3$。我们可视化太赫兹极化激元与i）面内双曲色散，ii）极端纳米级场约束（低于$λ_o/75$）和iii）长极化激元寿命，下限> 2 ps。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Magnetoplasmonics: current challenges and future opportunities
本文回顾了纳米级磁等离激元学的最新进展、挑战与未来机遇，探讨了在受限几何结构中融合磁性与等离激元以实现相互控制的新兴方向，并展望了中红外光驱动自旋电子学及新材料等前沿发展。
2022-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonreciprocal rotating power flow within plasmonic nanostructures
我们从理论上探讨了嵌入磁光材料中的亚波长等离子纳米结构内电磁场的非互易近区操纵的概念。我们推导出一个分析模型，预测一个强大的，磁光诱导的时间反演对称性破缺的局部等离子体共振拓扑对称结构。我们的等离子体激元激发的数值模拟揭示了相当大的近区功率流旋转在这样的混合纳米结构，表现出纳米非互易性。这可以被认为是在纳米尺度上调谐等离子现象的另一种机制。
2012-12-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Vortex Light at the Nanoscale: Twists, Spins, and Surprises -- A Review
本综述统一了纳米尺度光学涡旋的物理，涵盖其超越近轴模型的复杂电磁结构，提出连贯理论框架并综合近期进展，以促进光与物质相互作用的新理解。
2025-08-14 physics.optics
Controlling Electromagnetic Surface Waves with Conformal Transformation Optics
应用变换光学来开发有趣的电磁器件可以在准共形和/或共形映射的帮助下产生弱各向异性或各向同性介质，而不是由一般映射产生的强各向异性介质;然而，它通常限于二维应用。通过解决嵌入在三维空间中的两个流形之间的共形映射，我们证明了电磁表面波可以被控制，而不引入奇异性和各向异性的设备参数。利用富有成效的曲面共形参数化方法，可以得到任意边界光滑流形之间的近完美共形映射。插图的伪装和幻想，包括表面Luneburg和伊顿透镜和黑洞表面波，提供。我们的工作使微波和光波长的表面波操纵更近了一步。
2023-01-01 physics.class-ph physics.optics
Electron vortex beams for chirality probing at the nanoscale
本文提出利用电子显微镜中自由电子涡旋态相干叠加探测纳米电磁近场手性的方法，并通过金纳米球与手性等离激元纳米天线案例验证其敏感性与纳米级精度。
2025-01-09 physics.optics
Probing Millikelvin Temperature Sensitivity in Chiral Nanoparticles via Optical Forces
本文提出结合相位信息分解的针尖光学力纳米显微方法，用于揭示光热力来源并实现纳米尺度热成像，在无额外温敏层时达到约0.1 K的温度灵敏度。
2025-06-07 physics.app-ph physics.optics
Mapping individual electromagnetic field components inside a photonic crystal
提出了一种绘制光子晶体内部绝对电磁场强度的方法。我们应用该方法来映射二维光子晶体平板在微波频率下的电场分量Ez。将平板放置在两个反射镜之间以选择布洛赫驻波，并在所得谐振器内扫描亚波长球形散射体。共振布洛赫频率根据散射体位置处的电场而偏移。为了映射电场分量Ez，我们测量板的反射和透射谱中的频移与散射体位置的关系。在没有任何可调参数的情况下，测量和计算之间存在非常好的一致性。
2012-07-09 physics.optics
Multipolar interference effects in nanophotonics
任意纳米级物体对电磁波的散射可以通过电磁场的多极分解来表征，该多极分解允许通过主导激发多极模式的干涉来描述散射强度和辐射图案。在现代纳米光子学中，多极模式的产生和干涉开始发挥不可或缺的作用，它们使光的纳米操纵与许多相关的应用成为可能。在这里，我们回顾了金属，金属-电介质和电介质纳米结构中的多极干涉效应，并对涉及电，磁和环形多极干涉的许多现象提出了全面的看法，这些现象驱动了一些最近讨论的纳米光子学效应，如单向散射，有效光学反铁磁性，具有受控角图案的广义Kerker散射，广义Brewster角，和非辐射光学反射极。我们进一步讨论了其他类型的可能的多极干涉效应尚未在文献中利用，并设想通过全相位和振幅工程多极干涉的概念，实现更灵活和先进的纳米级光控制的前景。
2016-10-05 physics.optics
A class of invisible inhomogeneous media and the control of electromagnetic waves
我们提出了一种通用的方法来任意操纵在二维介质中传播的电磁波，而不引入任何散射。这导致了一整类各向同性的空间变化的介电常数和磁导率分布，其在成形场幅度和/或相位时是不可见的。此外，我们提出了一种超材料结构的工作在红外线，演示了深亚波长控制的电场振幅和强烈的减少的散射。这项工作提供了一种替代策略，以实现各向同性材料的不可见性，并为在纳米尺度上定制光的传播铺平了道路
2016-11-27 physics.optics
Persistent Directional Current at Equilibrium in Nonreciprocal Many-Body Near Field Electromagnetic Heat Transfer
通过对磁光纳米粒子组成的系统的研究，考虑了非互易性在近场热传递中的作用，证明了在热平衡条件下，非互易多体系统的热传递可以支持持续的定向热流，而不违反热力学第二定律.这种持续的定向热流不可能出现在互易系统中，而只能出现在传热的多体系统中。因此，非互易性的使用指向一个新的制度，近场热传递的热流控制在纳米尺度。
2016-09-23 physics.optics
A full vectorial mapping of nanophotonic light fields
光是电场和磁场的结合，它们之间的复杂关系在纳米光子结构的近场中最为明显。在那里，复杂的电场和磁场在亚波长尺度上变化，导致光子现象，如非凡的光学动量，超手征场，和一个复杂的空间光学奇异性的演变。要理解这种现象，需要对整个光场矢量进行纳米级的测量。然而，虽然它最近被证明，近场扫描光学显微镜是敏感的完整的电磁场，分离的不同组成部分需要先验知识的样品。在这里，我们介绍了一个强大的算法，可以解开所有六个电场和磁场分量从一个单一的近场测量，没有任何数值模拟的结构。作为例子，我们解开两个原型纳米光子结构的领域：一个光子晶体波导和等离子体纳米线。这些结果为在纳米尺度上对复杂光子现象进行新的研究铺平了道路，并为优化其所表现出的光学行为的结构设计铺平了道路。
2018-03-27 physics.optics
Structured Optical Fields Reveal Nanoscale Chiral Light-Matter Interactions Governed by Optical Chirality
Hokkaido University（北海道大学）；Japan Science and Technology Agency（日本科学技术振兴机构）
研究旨在验证光学手性对纳米级手性光-物质相互作用的控制。通过实现特定光场，实验验证了手性纳米粒子的响应与光学手性空间调制相关，非手性粒子无此现象，电磁模拟还证明了对映选择性光阱捕获的可行性。
2026-08-11 physics.app-ph physics.optics
Nanoantennas and Nanoradars: The Future of Integrated Sensing and Communication at the Nanoscale
本文研究纳米天线在光频段的基本原理与应用，首次提出将其作为纳米雷达核心模块，结合SPP和二维材料实现纳米尺度集成感知与通信。
2024-01-14 eess.SP physics.optics
Nonlinear Optical Rectennas
我们介绍了强耦合光学间隙天线接口的光辐射与载流电子在纳米尺度。该传感器依赖于在隧穿机制中操作的光学天线的非线性光学和电学特性。我们讨论了控制转换的基本物理机制，并证明了双线光学天线可以提供先进的光电功能，超越了定制单个发射器的电磁响应。电子命令层与纳米级光学器件的接口因此可以通过这里讨论的光学整流天线来促进。
2013-08-21 physics.optics
Conformal Transformation Electromagnetics Based on Schwarz-Christoffel Mapping for the Synthesis of Doubly Connected Metalenses
提出了一种基于Schwarz-Christoffel（SC）定理的新型变换电磁学（TE）范式，用于设计有效而逼真的场操纵装置（FMD）。由于共形特性，这种TE设计方法允许显著减轻合成超透镜的各向异性（即，具有覆盖天线以修改其辐射特征的人工工程材料的设备）相对于由竞争性的最先进的TE技术产生的那些。此外，可以处理具有双重连接轮廓的设备，因此包括具有任意截面的桅杆和具有孔/禁区的透镜，其中材料特性无法控制。一组数值实验，以评估所提出的方法的功能，在现场操作能力和复杂性的镜头材料的比较方式。
2021-02-10 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Optical Rectification and Thermal Currents in Optical Tunneling Gap Antennas
电接触光学间隙天线是能够实现光子和电子之间的转换的纳米级接口器件。这种新一代的设备捕获可见光到近红外电磁辐射，并将入射能量转换为直流（DC）电信号。纳米级整流天线通常由金属元素（例如金）构成。金属触点的光吸收可能导致额外的热效应，需要考虑这些热效应以理解器件的完整光响应。本文的目的是讨论激光诱导热电效应在光助电子输运中的贡献。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
3D Zeros in Electromagnetic Fields
我们提出了一个三维电磁场零点的研究，揭示其显着的特征，并提出了一个分类框架。这是光场中一般暗斑的一个特例，它将光的空间结构塑造成物质移动的、信息丰富的漩涡，逃脱了单分子成像的衍射极限，并可以捕获颗粒进行纳米级操作。传统的暗点在两个方面是二维的：局限于平面内，并具有非零的平面外场分量。我们专注于非傍轴场，三维暗点可以不稳定地存在于完全局部化的点上，在能量和动量的通量以及光的偏振纹理中留下独特的印记。通过这项工作，我们希望增强当前的暗点应用，或激发新的低维零不可能的应用。
2023-01-09 physics.optics
