Tunable split-ring resonators for nonlinear negative-index metamaterials
我们实验研究了含有可变电容二极管的开口环谐振器的动态可调谐性和自感非线性。我们证明了谐振器的本征频率可以在很宽的频率范围内进行调谐，并且显著地，我们表明在变容二极管加载的开口环谐振器结构中观察到的自感非线性效应可以出现在相对低的功率水平。
2006-08-04 physics.optics
Hybrid metal-dielectric ring resonators for optical magnetic metamaterials down to ultraviolet range
本文从麦克斯韦方程组出发，导出了开口环谐振器的磁共振模型。使用这个模型，我们重新审视开口环谐振器的缩放。受我们模型的启发，我们提出了一种新型的分裂混合金属-介质环形谐振器，其环形由中等高折射率的介质材料（如SiC，TiO 2，ZnS）（主要部分）组成，而金属（如Ag）填充间隙。这种新的磁性超材料能够克服开口环谐振器的饱和问题，因此能够在短波长下工作到紫外线范围。
2012-10-02 physics.optics
III-V semiconductor nano-resonators-a new strategy for passive, active, and nonlinear all-dielectric metamaterials
由介质谐振器组成的超材料由于其低的本征损耗和各向同性的光学响应而引起了人们的广泛关注。特别地，由硅介电谐振器制成的超颖表面已经显示出期望的行为，诸如有效的非线性光学转换、光谱滤波和先进的波前工程。为了进一步探索电介质超材料的潜力，我们提出了由外延生长的III-V族半导体制造的全电介质超材料，其可以利用III-V族半导体的高二阶光学可折射率，以及单片集成有源/增益介质的容易性。具体而言，我们使用选择性湿氧化工艺来创建GaAs纳米谐振器，该工艺形成低折射率AlGaO（n~1.6）下层，类似于使用绝缘体上硅晶片形成的硅介电谐振器。我们进一步使用相同的制造工艺来展示多层III-V介质谐振器阵列，为我们提供了新的器件工程自由度。对于这些阵列，我们在实验上测量~100%的反射率在一个广泛的光谱范围。我们设想，全介质III-V族半导体超材料将为无源、有源和非线性全介质超材料开辟新的途径
2016-05-01 physics.optics
Twisted split-ring-resonator photonic metamaterial with huge optical activity
耦合开口环谐振器超材料先前已被证明具有大的耦合效应，这是获得大的有效光学活性的先决条件。通过适当的横向排列，我们完全消除了线性双折射，获得了纯旋光性和相关的圆光学二向色性。在100太赫兹频率附近的实验和相应的建模是在良好的协议。对于厚度为205nm的样品，得到了约30度的旋转角。
2010-01-25 physics.optics
Investigation of Vertical Spiral Resonators for Low Frequency Metamaterial Design
本文深入探讨了垂直螺旋谐振器（VSR）的特性。它们表现出相对高的Q因子和大约百分之几的自由空间波长的尺寸，这使它们成为组装超材料器件的理想候选人。通过简单的解析实验，得到了振动时效的准静态模型，并研究了几何参数对谐振频率的影响。
2008-10-14 physics.optics
Observation of Fano resonance using a coupled resonator metamaterial composed of meta-atoms arranged by double periodicity
研究了由双周期电开口环谐振器（eSRR）阵列组成的平面超材料的传输特性。由于双周期异向介质中不同晶格周期引起的不同谐振模式之间的耦合，可以预期Fano谐振的出现与耦合经典振子的情况相同。我们制作了互补的eSRR，并验证了在太赫兹区域的双周期性的eSRR的透射光谱中出现了Fano样的光谱形状。
2016-12-12 physics.optics
Impact of resonator geometry and its coupling with ground plane on ultrathin metamaterial perfect absorbers
我们研究了谐振腔的几何形状及其与地平面的耦合对超材料理想吸收体性能的影响。以交叉谐振器为例，我们发现通过改变谐振器的几何尺寸可以进一步减小吸收体的厚度。数值模拟和理论计算表明，多次反射的相消干涉是近单位吸收的主要原因。谐振器阵列和接地平面之间的近场耦合可能是显著的。当考虑这种耦合时，使用干涉模型计算的理论结果与实验和数值模拟非常一致。
2012-07-02 physics.optics
Radiative Emission Enhancement Using Nano-antennas Made of Hyperbolic Metamaterial Resonators
分析了双曲型超材料谐振器作为纳米天线用于增强其附近量子发射体的辐射发射。已经表明，由于非常大的态密度，双曲超材料衬底附近的发射器的自发发射率显著增强。然而，增强耦合到自由空间，这是中央的应用，如固态照明，还没有得到显着的研究。在这里，我们用数值方法证明了在660 nm波长处的自由空间辐射发射的大约100倍的增强，通过利用圆柱形HM谐振器，其半径为54 nm，高度为80 nm，在不透明的银包覆衬底的顶部上。我们还展示了如何自由空间辐射增强因子取决于偶极子的方向和发射器附近的亚波长谐振器的位置。此外，我们还计算了亚波长间距的HM谐振器阵列可以保持单个谐振器的大部分增强效果。
2014-08-14 physics.optics
Construction of Chiral Metamaterial with U-Shaped Resonator Assembly
手征结构可以用来构造具有负折射率（NRI）的超材料。在具有两个谐振频率wH和wL的双层金属U形谐振器的组件中，由特定表面电流分布贡献的有效感应电偶极子和磁偶极子在相同频率处共线。因此，对于左旋圆偏振光，NRI发生在wH，而对于右旋圆偏振光，NRI发生在wL。我们的设计为利用手征结构来调控电磁特性提供了一个新的范例，对手征超材料的研究具有一定的启发意义。
2009-12-18 physics.optics
Subwavelength grating metamaterial waveguides and ring resonators on a silicon nitride platform
我们首次提出并演示了在氮化硅平台上的亚波长光栅（SWG）超材料波导和环形谐振器。SWG波导的设计使得布洛赫模式与顶部包层材料的53%的大重叠被实现，展示了在倏逝场传感和光放大中的应用的优异潜力。的设备，其具有大于100纳米的临界尺寸，制造使用商业快速回转氮化硅原型铸造工艺，使用电子束光刻。所制造的器件的实验表征揭示了优异的环形谐振器内部品质因数（2.11x10^5）和C波段中的低传播损耗（~1.5 dB/cm），与硅基SWG环形谐振器相比，这两个参数都有显著改善。这些结果表明，SWG超材料结构的氮化硅基光子集成电路的良好前景。
2022-09-19 physics.optics
Structurally Tunable Nonlinear Terahertz Metamaterials using Broadside Coupled Split Ring Resonators
我们提出了一个实验和数值研究的太赫兹超材料的非线性响应，是通过两个堆叠的开口环谐振器阵列的相对结构定位可控。第一阵列制造在n掺杂GaAs衬底上，第二阵列制造在第一阵列垂直上方，使用聚酰亚胺间隔层。由于GaAs载流子动力学，在0.4太赫兹的共振太赫兹传输与入射太赫兹功率以非线性方式变化。第二谐振器层抑制这种非线性响应。在样品中的两个层对齐，共振消失和总的非线性调制的共振传输减少。在两个谐振器阵列之间施加对准偏移的样品中恢复非线性调制。因此，结构可调的超材料可以作为一个可调的非线性太赫兹器件的设计模板，通过控制耦合的限制电场的非线性现象在一个复杂的材料衬底或夹杂物。
2021-04-12 physics.optics
Electromagnetic response of a metamaterial with field-gradient-induced transparency
研究了一种动态可控的电磁感应类谐振超材料。超材料的单元结构由低品质因数谐振器和高品质因数谐振器组成。入射电磁波在横向方向上的场梯度在这两种类型的谐振器之间感应耦合，并引起透明现象。我们提出的电磁响应的动态控制的仿真和实验结果。
2011-07-30 physics.optics
Electromagnetically induced transparency like transmission in a metamaterial composed of cut-wire pairs with indirect coupling
本文从理论上和数值上研究了由间接耦合谐振器组成的超材料。首先，我们从理论上分析了间接耦合谐振器的力学模型。理论分析表明，在具有强间接耦合的超材料中，可以出现类似电磁感应透明（EIT）的现象，其透明带宽小于本构谐振器的谐振线宽。然后，我们用时域有限差分法（FDTD）数值研究了由耦合切割线对组成的超材料的特性。FDTD模拟证实了由于间接耦合，在超材料中发生了类似EIT的透明现象。最后，我们比较了理论和数值分析的结果。耦合谐振器的力学模型很好地描述了类EIT超材料的行为。
2014-03-03 physics.optics
Frequency-tunable metamaterials using broadside-coupled split ring resonators
我们提出了频率可调谐超材料设计在太赫兹（THz）频率使用宽边耦合分裂环谐振器（BC-SRR）阵列。频率调谐，所产生的近场耦合的变化，是通过在平面内的水平或垂直位移的两个SRR层。对于电激励，共振频率作为位移的函数连续红移。最大频移发生在半个晶胞的位移，垂直位移导致663 GHz的位移（f0的51%），水平位移产生270 GHz的位移（f0的20%）。我们还讨论了显着的差异，出现电激励相比，磁激励的BC-SRRs的调谐。
2010-08-12 physics.optics
Coupled magnetic plasmons in metamaterials
磁性超材料由尺寸小于其激发波长的磁性谐振器组成。其独特的电磁特性在早期被有效介质理论所描述。然而，有效介质模型没有考虑磁性元件之间的相互作用;因此，大块超材料的有效特性是许多非耦合谐振器的“平均效应”的结果。近年来，研究表明，磁共振器之间的相互作用可以导致一些新的现象和有趣的应用，不存在于传统的非耦合的超材料。本文综述了超材料中耦合效应引起的磁等离子体激元的研究进展。对于由多个相同的磁谐振器组成的系统，这些单元之间的耦合由于杂化而产生多个离散的谐振模式。在包括无限数量的磁性元件的系统的情况下，这些多个离散谐振可以通过强耦合扩展以形成连续频带。这种宽带和可调磁性超材料可能有有趣的应用。在未来，许多新型的超材料和纳米光子器件可以从耦合谐振器系统中开发出来。
2009-07-29 physics.optics
Discontinuous design of negative index metamaterials based on mode hybridization
电感器-电容器（ELC）谐振器提供一系列电谐振，并且一对ELC谐振器导致每个谐振分成两个模式，即，磁和电模式，对应于反对称和对称电流分布。通过对ELC谐振器的精心设计，我们可以通过将第一电共振模式和第二磁共振模式重叠的模式混合来实现负折射率超材料。这种非连接设计可以提供实现三维负折射率超材料的机会。
2012-09-25 physics.optics
Controlling electromagnetic scattering with wire metamaterial resonators
辐射的操纵是实现一系列电磁应用所必需的。由于天线和散射体的特性对周围环境非常敏感，因此宏观人工创建的材料是塑造其特性的良好候选者。特别是，超材料能够控制电磁状态的色散和密度，可用于从物体散射。因此，适当设计的电磁环境可以控制波的现象。在这里，散射偶极子的电磁特性，位于内部的线介质（超材料）的数值和实验分析。研究了超材料的几何形状、介质内偶极子的排列以及入射辐射频率对散射现象的影响。结果表明，偶极子的谐振与超材料的法布里-珀罗模式杂交，导致电磁特性的完全重塑。观察到受控散射抑制和超散射的制度。数值分析是在协议与实验，在GHz的频谱范围内进行。报告的方法，散射控制与超材料可以直接映射到光学和红外光谱范围内，采用麦克斯韦方程组的可扩展性。
2016-06-05 physics.optics
Superradiantly limited linewidth in complementary THz metamaterials on Si-membranes
我们研究互补双开口环太赫兹谐振器上制作的10妈妈薄硅膜。基本LC模式和偶极模式的线宽随着谐振器间距的增加而急剧变窄。提取的LC模式的衰减率作为谐振器密度的函数示出了线性依赖性，证明了谐振器阵列的集体超辐射效应。此外，我们表明，超材料可以被设计为在高谐振器密度下，即在超材料条件下，谐振的低超辐射展宽。使用薄膜作为基底是至关重要的，因为它将THz表面等离子体激元模式转移到更高的频率，防止它们耦合到LC模式，并揭示了大范围晶格间距的超辐射加宽机制。在较高的频率下，在不干扰高Q LC模式的情况下，在Si膜中形成我们归因于光子晶体模式的其他附加模式。我们映射的角度依赖的能带结构，并显示相应的模拟电场分布。
2019-10-02 physics.optics
Tunable transmission and harmonic generation in nonlinear metamaterials
研究了一种工作在微波频率下的可调谐非线性超材料的特性。我们制作了由双开口环谐振器和导线组成的非线性超材料，其中变容二极管被引入到每个谐振器中，以便可以通过改变输入功率来动态地调谐磁共振。我们表明，在较高的功率的超材料的传输变得依赖于功率，我们证明实验功率依赖的传输特性和选择性产生的高次谐波。
2008-10-27 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
Terahertz Metamaterials with Semiconductor Split-Ring Resonators for Magnetostatic Tunability
我们研究了由半导体开口环谐振器周期阵列构成的超表面。通过适当取向的外部静磁场，发现由垂直入射光激发的超颖表面的共振频率在太赫兹范围内是连续可调的。由于这样的超表面可以组装成3D超材料，因此前述结论也适用于包括半导体开口环谐振器的超材料。
2008-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
A Broadband Dipolar Resonance in THz Metamaterials
我们展示了一种具有宽带偶极共振的太赫兹超材料，其起源于LC共振的杂交。通过有限元方法模拟优化的结构是由电子束光刻和太赫兹时域光谱表征。数值上，我们发现，当两个LC超材料谐振器放在一起，电偶极子谐振除了LC谐振出现。我们观察到这些共振的宽度对共振器之间的分离的强烈依赖性。这种依赖性可以基于串联和并联RLC电路类比来解释。当两个谐振器融合在一起时，出现宽带偶极谐振。超材料具有以1.12 THz为中心的FWHM为0.47 THz的阻带。实验测得的能带特征与模拟结果吻合较好。实验测得的THz在阻带内的消光比为15 dB。
2014-11-24 physics.optics
Actively tunable slow light in a terahertz hybrid metal-graphene metamaterial
我们从理论上和数值上证明了在太赫兹（THz）制度的混合金属-石墨烯超材料中的主动可调谐慢光。在单胞中，包括亮切割线谐振器和暗双开口环谐振器的金属元件之间的近场耦合引起显著的透射峰。通过将单层石墨烯放置在暗模式谐振器下方，经由移动石墨烯的费米能级来实现近场耦合的主动调制。物理起源可以归因于由石墨烯的导电效应引起的暗模式谐振器的阻尼率的变化。与主动可调谐近场耦合效应相伴的是动态可控的相位色散，从而允许高度可调谐的慢光效应。这项工作提供了一种替代的方式来设计紧凑的慢光器件在太赫兹制度为未来的光信号处理应用。
2018-06-18 physics.optics
Chiral metamaterials with negative refractive index based on four "U" split ring resonators
单轴手征超材料是由两层四个U形开口环谐振器相互扭转90 °构成的。它显示出巨大的旋光性和圆二色性。反演结果表明，由于大的手征性，圆偏振波可以实现负折射率。实验结果与数值计算结果吻合较好。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Slow-light plasmonic metamaterial based on dressed-state analog of electromagnetically-induced transparency
我们考虑了一种简单的结构来实现一维慢光超材料与大的带宽延迟产品使用形法布里-珀罗谐振器作为积木。由于电磁感应透明的缀饰态图像的经典模拟，每个元原子产生大的群指数。通过连接多达8个亚原子，我们发现带宽延迟产品超过单位和群指数接近100。我们的方法是相当普遍的，可以适用于任何类型的法布里-珀罗谐振器和调谐到不同的工作波长。
2015-05-26 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
Coupling between a dark and a bright eigenmode in a terahertz metamaterial
太赫兹时域光谱和严格的模拟被用来探测一个黑暗和一个明亮的对称性破缺的超材料的等离子体本征模之间的耦合。超材料由两个紧密间隔的开口环谐振器组成，其在环内的不同位置具有其间隙。对于垂直入射和固定的偏振，两个最低阶本征模的开口环谐振器可以被激发，虽然其中之一被视为黑暗，因为耦合是禁止的，因为对称性约束。在这项工作中的重点是把一个系统的评价取决于两个共振的光谱调谐的耦合效应。
2009-01-04 physics.optics
Cut-wire-pair structures as two-dimensional magnetic metamaterials
我们研究了基于切割线对而不是开口环谐振器的磁性超材料的数值和实验。切割线对平面结构被扩展，以便创建适合于缩放到光学频率的真正二维超材料。我们制作了工作在微波频率下的切割线超材料，晶格间距约为自由空间波长的10%，并与直接数值模拟结果吻合良好。与基于开口环谐振器的结构不同，切割线对中的最近邻耦合可以导致在横向方向上传播的磁阻带。
2008-09-11 physics.optics
Double Fano resonances in a composite metamaterial possessing tripod plasmonic resonances
通过在双开口环谐振器超晶格中嵌入四杆谐振器，制备了具有三脚架等离子体共振的平面复合超材料。双Fano共振观察到一个共同的subradiant驱动振荡器与两个superradiant振荡器耦合。作为四能级三脚架原子系统的经典模拟物，该复合材料的透射光谱表现出双Fano相干效应。两个超辐射振荡器之间的吸收功率的转移是通过操纵通过垂直入射的电磁波的偏振角共轭的两个耦合强度来控制的。
2014-10-27 physics.optics
Towards a systematic design of isotropic bulk magnetic metamaterials using the cubic point groups of symmetry
本文提出了一种系统的方法来设计块体各向同性磁性超材料。分析了本构元和格点对称性的作用。为此，假设超材料由以立方晶格布置的立方SRR谐振器组成。分析了保证各向同性行为所需的最小对称性，并提出了一些特殊的配置。此外，提出了一个等效电路模型所考虑的立方SRR谐振器。为了验证所提出的理论进行了实验。我们希望，这一分析将铺平道路，设计具有强各向同性磁响应的大块超材料，包括负磁导率和左手超材料。
2007-05-24 physics.optics
Metamaterial transparency induced by cooperative electromagnetic interactions
我们提出了一个合作的非对称诱导透明，CAIT，形成的集体激发在超材料阵列的离散谐振器。即使当构成谐振器单独地呈现宽谐振时，CAIT也可以显示尖锐的传输谐振。我们进一步展示了如何动态重新配置的超材料允许一个主动控制的透明度。虽然让人想起电磁感应透明，这可以通过独立的发射器来描述，CAIT依赖于谐振器之间的强辐射耦合产生的合作响应。
2013-05-16 physics.optics quant-ph
Coupled Magnetic Resonator Optical Waveguides - mimicking spin waves in coupled metamaterials
光学谐振腔是控制光的性质和操纵光与物质相互作用的重要器件。使用不同的技术设计和制造各种光学谐振器。例如，在耦合谐振器光波导中，光能通过近场耦合传输到其他谐振器。近年来，基于LC谐振的磁光谐振器已经在几种金属微结构中实现。与电光谐振器相比，这种器件具有更强的局部谐振和更低的辐射损耗。本文全面介绍了耦合磁谐振器光波导的最新研究进展。介绍了由不同磁谐振器组成的各种波导，并采用拉格朗日形式描述了CMROW。此外，一些有趣的性质，如反常色散和慢光效应，CMROW的讨论和CMROW在非线性和量子光学中的应用。未来的新型纳米光子器件可以使用CMROW开发。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Density Effects on the Negative Refractive Index of a Split Ring Resonator Metamaterial
基于互补介质的完美透镜和隐身是负折射率材料的可能应用。超材料是通过调整有效介电常数和磁导率来实现这一特性的天然候选材料。超材料的$n<0$的微调受到粗粒夹杂物的限制，粗粒夹杂物使电磁参数作为其密度的函数而离散。我们研究了在微波频率下超材料的负折射率与晶格周期线密度的关系。在波导截止频率以下的频带中，通过填充有开口环谐振器阵列的波导来获得负折射率。通过在1 GHz的带宽上调谐密度，保持了典型的完美透镜效应的特殊值$n=-1$。观察到超材料在其上操作的截止密度。第二个临界密度以上的传输饱和被发现接近Pendry限制。这些结果的密度的负折射率超材料开辟了新的途径，微调本构参数在所需的值，通过变换光学。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Switching in Terahertz Metamaterials using Ion Implanted Silicon on Sapphire
我们展示了太赫兹超材料的超快共振开关，通过光激发的辐射损伤硅放置在单个分裂间隙环谐振器的间隙。我们观察到的基本谐振模式的动态切换关闭的时间尺度为4皮秒（ps），随后由相同的谐振开关后20 ps。通过数值模拟得到的超材料单胞中的电场分布清楚地支持了我们的实验观察，表明谐振器间隙处的高电场，负责电感-电容谐振（LC），完全消失，并在光激发后关闭谐振。超材料共振的超快开关归因于离子注入硅中自由载流子的产生及其在超短时间尺度上的复合。这种基于硅的超材料的主动控制可以导致超快太赫兹元器件。
2014-07-10 physics.optics
Plasmon induced transparency in graphene based terahertz metamaterials
对太赫兹石墨烯超材料中的等离子体激元诱导透明效应进行了数值和理论分析。所提出的超材料包括一对石墨烯开口环谐振器，该谐振器交替地放置在纳米级石墨烯条的两侧。研究了石墨烯超材料在不同垂直和水平结构下的PIT效应。我们的研究结果表明，有没有PIT效应的石墨烯超材料时，两个开口环谐振器和石墨烯条的中心是彼此共线。这是一个值得注意的特征，因为对于基于金属的超材料结构中的类似配置，PIT效应不会消失。我们进一步表明，PIT效应可以通过改变石墨烯层的费米能来调节。为了验证数值计算结果，建立了一个三能级等离子体激元系统的理论模型。我们的研究对于设计基于石墨烯的频率捷变超薄太赫兹器件具有重要意义。
2017-11-10 physics.optics
Bounds on the Quality-factor of Two-phase Quasi-static Metamaterial Resonators and Optimal Microstructure Designs
本文通过复有效介电常数定义Q因数，推导两相准静态超材料谐振器品质因数的上下界，并给出达到界限的最优微结构设计。
2023-04-18 physics.app-ph physics.optics
Broadband Energy Harvesting Using a Metamaterial Resonator Embedded With Non-Foster Impedance Circuitry
射频识别（RFID）和植入式生物医学设备需要使用非常低轮廓的天线进行高效的功率和数据传输。我们提出了一种低剖面电小天线的近场无线电源和数据遥测采用超材料裂环谐振器（SRR）天线。SRR可以被设计为在从RF到可见光的宽频率上操作。然而，它们固有地是窄带的，使得它们对相对于外部发射天线的组件失配敏感。在这里，我们提出了一个非福斯特阻抗电路嵌入到超材料SRR结构，赋予共轭负复阻抗这个谐振器天线，从而增加了有效带宽，从而克服了有效的信号耦合的基本限制。我们证明了这一概念，通过广泛的数值模拟和原型系统在板级使用离散现成的组件和印刷电路SRR天线在500 MHz。我们表明，SRR接收天线和外部发射环路天线之间的功率传输被加宽了近400 MHz，这对应于非福斯特电路激活前后Δf/fC从0.49增加到1.65。
2014-11-01 physics.ins-det physics.optics
Unusual Resonators: Plasmonics, Metamaterials, and Random Media
电磁波的超分辨、超常透射、全吸收和局域化等现象正引起人们越来越多的关注。这些现象与不同的物理对象有关，通常在不同的背景下进行研究，有时相当复杂，物理方法。值得注意的是，所有这些看似无关的现象都源于同一个基本的物理机制--波与开放共振器的相互作用。在这里，我们表明，它是可能的，以一种统一的方式来描述所有这些影响，映射到一个简单的谐振器模型的每个系统。这样的描述提供了一个透彻的理解的现象，解释了所有的主要特点，其复杂的行为，并能够控制系统通过谐振器参数：本征频率，Q因子，和耦合系数。
2008-10-13 cond-mat.other physics.optics physics.plasm-ph
Planar designs for electromagnetically induced transparency in metamaterials
我们提出了一个平面设计的超材料表现出电磁感应的透明度，是服从实验验证的微波频段。该设计是基于一个分裂环谐振器与切割线在同一平面上的耦合。我们调查的灵敏度的参数的传输窗口上的耦合强度和电路元件的各个谐振器，我们解释的结果在两个线性耦合的洛伦兹谐振器。我们的超材料设计将低损耗与传输窗口中与谐振响应相关的极小群速度相结合，使其适用于室温下的慢光应用。
2010-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theoretical formalism for collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个一般的形式主义来描述的近共振电磁场的传播磁介质谐振器组成的介质。由于超材料阵列中纳米制造谐振器的尺寸和空间间隔通常小于波长，因此我们将其描述为离散散射体，支持由单个动态变量表示的电流振荡的单模。我们推导出拉格朗日和哈密顿形式的耦合电磁场和振荡电流的长度规范，得到的Power-Zienau-Woolley变换。每个谐振器对电磁场的响应然后由极化和磁化密度描述，极化和磁化密度在多极展开中的最低阶，产生电和磁偶极子激励。我们推导出一组封闭的方程的相干散射场和正常模式的振幅的电流振荡的每个谐振器内的旋转波近似，在这种情况下的辐射衰减率是远远小于谐振频率，没有这样的假设。方程组包括由电磁场介导的一组离散谐振器之间的辐射耦合，完全将经常性散射过程纳入所有阶次。通过考虑一个二维开口环谐振器超材料阵列的例子，我们表明，该系统的响应合作近共振场，表现出集体本征模，谐振频率，和辐射线宽，从紧密间隔的谐振器之间的强辐射相互作用的结果。
2012-08-08 physics.optics quant-ph
Multiple Tunable Hyperbolic Resonances in Broadband Infrared Carbon-Nanotube Metamaterials
利用真空过滤法制备的定向排列、密集堆积的碳纳米管超材料是一种新兴的红外纳米光子材料。我们报告多个双曲等离子体共振，一起跨越中红外线，在个别共振器由对齐和密集包装的碳纳米管。在第一近场扫描光学显微镜（NSOM）成像研究的纳米管超材料谐振器，我们观察到不同的深亚波长场分布在基本和高阶谐振频率。纳米管超材料的晶圆级面积使我们能够将这种近场成像与许多谐振器阵列的缩放特性的系统远场光谱研究相结合。彻底的理论建模与这些测量结果一致，并将谐振识别为双曲波导模式的高阶Fabry-Pérot（FP）谐振。纳米管谐振器阵列在1.5-10 μm范围内表现出宽带消光，在3-5 μm的大气透明窗口内表现出可逆的可切换消光。支持多谐振模式的宽带碳纳米管超材料是超紧凑吸收体、可调谐热发射器和中红外宽带传感器的有希望的候选者。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
Collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个通用的形式主义来描述一组离散的等离子体共振器介导的电磁场之间的相互作用。由此产生的系统的方程为紧密间隔的元原子代表一个合作的超材料响应，我们发现，集体之间的相互作用安排在一个二维晶格的非对称开口环谐振器解释了最近的实验观察系统尺寸相关的传输谐振线宽变窄。我们进一步表明，这种合作窄化依赖于敏感的晶格间距。
2010-12-17 physics.optics quant-ph
Integrating quantum-dots and dielectric Mie resonators: a hierarchical metamaterial inheriting the best of both
纳米级介质谐振器和量子限制半导体分别实现了对光吸收和激发电荷的前所未有的控制。在这项工作中，我们将发光硅纳米晶体（Si-NC）嵌入到SiO2纳米柱的2D阵列中，并通过实验证明了一个强大的概念：所得的超材料保留了Si-NC的辐射特性，并继承了纳米柱的光谱选择性吸收特性。这种分层方法提供了在不利用任何有损等离子体成分的情况下获得的增加的光致发光（PL）强度。我们进行了严格的计算和预测，独立的超材料，使可调谐吸收峰高达50%的可见光谱中，对应的纳米圆柱米氏共振和阵列中的光栅条件。我们实验检测消光光谱峰的超材料，这驱动增强的吸收的硅纳米碳。因此，超材料特征增加了PL强度，而不影响PL寿命、角度图案和提取效率。值得注意的是，与没有纳米柱的等效平面膜相比，我们性能最好的超材料显示出用较少量的Si-NC实现的+30%PL强度，导致每个Si-NC的平均PL增强3倍。该原理具有普遍性，可以用其他半导体量子点、稀土离子或有机分子代替。类似地，可以有目的地调整介电介质。这种吸收的光谱选择性为有效的光下转换方案铺平了道路，以提高太阳能电池的效率。我们设想使用这种分层设计的其他有效的光伏，光催化和人工光合装置与光谱选择性吸收和提高效率。
2017-03-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear Electric Metamaterials
我们提出并设计了一种新型的非线性超材料，在微波频率下表现出谐振电响应。通过在每个谐振器中引入变容二极管作为非线性元件，我们能够通过改变入射功率来移动电模式阻带的频率，而不影响磁响应。这些元件可以与先前开发的非线性磁性超材料相结合，以创建控制电和磁非线性的负折射率介质。
2009-05-25 physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Resonator-Antenna Scheme for Large, Broadband Emission Enhancement and Single Photon Collection
我们模拟了耦合到平面双曲超材料HMM谐振器的碳化硅纳米晶体中色心单光子发射的宽带增强。该设计基于将单光子发射器定位在HMM谐振器内，该谐振器由与碳化硅材料匹配的介电指数制成。宽带响应是由高折射率隐马尔可夫模型腔中损耗法布里-珀罗结构模式的连续共振峰引起的。为了捕获单光子发射体自发发射中的这种宽带增强，我们在HMM谐振器的顶部放置了一个简单的基于金的圆柱形天线。我们分析了这种隐马尔可夫耦合天线结构的性能方面的Purcell增强，量子效率，收集效率和整体收集光子率。对于相对于界面的垂直偶极取向，HMM耦合天线谐振器导致显著大的自发发射增强，具有250量级的Purcell因子以及非常高的平均总收集光子率，在700 nm至1000 nm的宽发射光谱上约为30的CPR。峰值CPR在900 nm处增加到约80，对应于碳化硅量子发射体的发射。考虑到先前的计算设计已经报道了在600 nm至800 nm的氮-空位中心发射光谱上的最大平均CPR为25，在650 nm处的最高值为约40，这是现有技术的改进。
2018-05-24 physics.optics quant-ph
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
Analogue of double-$Λ$-type atomic medium and vector dromions in a plasmonic metamaterial
考虑了由两条切割线和一个开口环谐振腔组成的亚原子阵列与具有两个偏振分量的电磁场的相互作用。我们证明了这种超材料系统可以看作是一个具有双$Λ$型四能级结构的原子介质与四个激光场耦合的经典模拟，表现出等离子体激元诱导透明（PIT）效应，并表现出类似的原子四波混频（FWM）行为.我们证明了当非线性变容管安装到开口环谐振器的间隙上时，系统可以通过PIT和长短波相互作用获得巨大的二阶和三阶克尔非线性。我们还表明，该系统支持高维矢量等离子体激元dromion [即（2+1）维等离子体激元孤子与两个偏振分量，其中每个都有一个长波和短波之间的耦合]，这具有非常低的发电功率和传播过程中是强大的。我们的工作不仅给出了相干原子系统中四波混频的等离子体模拟，而且为在等离子体超材料中获得新型非线性极化激元提供了可能。
2017-04-19 physics.optics
Independently tunable dual-spectral electromagnetically induced transparency in a terahertz metal-graphene metamaterial
理论上研究了导电石墨烯层与双光谱电磁感应透明（EIT）超材料的相互作用，实现了太赫兹（THz）波段透射峰的独立幅度调制。双光谱EIT共振是由于中间的亮切丝谐振腔（CWR）和两侧的暗双开口环谐振腔（DSRR）之间的强近场耦合效应引起的。通过在暗模谐振器下集成单层石墨烯，EIT谐振的两个透射峰可以通过移动相应石墨烯层的费米能级来表现出独立的幅度调制。调制的物理机制可以归因于石墨烯的可调谐导电性引起的暗模谐振器的阻尼因子的变化。该工作在设计具有高度灵活可调谐性的多光谱THz功能器件方面显示了巨大的前景，并在多通道选择性开关、调制和慢光等方面具有广阔的应用前景。
2018-07-06 physics.app-ph physics.optics
Strong influence of packing density in terahertz metamaterials
我们研究了由开口环谐振器制成的太赫兹超材料对单胞密度的响应。它示出的基本谐振具有其最高的Q因子的三分之一的谐振波长的周期。从该最佳周期增加或减少周期会降低Q因子。所有的观察结果都解释了理解辐射耦合的主要损失机制在低密度，而强大的内部SRR耦合增强非辐射损失在高密度。我们的研究结果允许设计具有可调Q因子的超材料，并可能表明存在最佳封装密度以诱导最强的色散。
2010-08-12 physics.optics
Numerical Simulation of the Coupling between Split-Ring Resonators and Antiferromagnetic Magnons
我们报告的太赫兹响应的分裂环谐振器（SRR）的超材料耦合到一个假设的反铁磁材料的磁振子共振的模拟结果。使用时域有限差分（FDTD）技术进行模拟。通过调节磁振子频率，我们发现SRR和磁振子的共振简正模的杂交表现为避免交叉。通过改变超材料和反铁磁体之间的物理分离与电介质间隔，我们评估了两者之间的耦合强度。
2021-09-10 cond-mat.other physics.optics
Metamaterial Loadings for Waveguide Miniaturization
我们表明，一个矩形金属波导加载的超材料元件组成的电场耦合（ELC）谐振器放置在侧壁可以运行的截止频率低于相应的空载波导。色散图表明，ELC负载波导中的传播模式对于TE和TM模式都是前向型的。我们还研究了同时加载ELC和开口环谐振器（SRR）的矩形金属波导的色散图和传输特性。这样的双负载波导可以支持前向波和后向波，并且提供对各个模式的传播特性的独立控制。
2013-06-04 physics.class-ph physics.optics
Analytical Model for Metamaterials with Quantum Ingredients
我们提出了一个分析模型来描述由相互作用的经典和量子共振结构组成的混合系统的复杂动力学。在我们的模型中的经典结构对应于不同几何形状的等离子体纳米谐振器，以及其他类型的纳米和微米结构的光学响应，可以描述而不调用量子力学处理。量子结构由原子或分子或其聚集体（例如量子点和碳纳米管）表示，只有使用量子方法才能精确建模。我们的模型是基于一组方程，结合完善的密度矩阵形式主义适合量子系统，再加上谐波振荡器方程的理想建模亚波长等离子体和光学谐振器。该模型还可以直接用于描述光子学领域之外的各种混合系统的电磁动力学，例如约瑟夫森结超材料或与RF条形谐振器耦合的SQUID元件。
2011-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Time-dependent high-contrast subwavelength resonators
在超材料领域，许多有趣的现象都是由于具有空间周期性的结构而产生的。在不定常的结构中，概念上相似的性质可能出现，然而它们具有根本不同的物理含义。在这项工作中，我们研究了亚波长超材料背景下的不定常系统。主要结果是电容矩阵表征的能带结构，概括了以前最近的静态亚波长超材料的工作。这一特性为计算不定常结构的色散关系提供了理论依据和有效的数值方法。我们在几个结构中展示了有趣的波操纵特性。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.optics
A Perfect Terahertz Metamaterial Absorber
设计了一种在太赫兹波段具有近单位吸收率的吸收材料。吸收体的单元结构由两个分别耦合到电场和磁场的超材料谐振器组成。该结构允许我们通过改变介电材料和厚度以及有效介电常数和磁导率来最大化吸收。
2015-08-05 physics.ins-det physics.optics
