Experimental realization of epsilon-near-zero metamaterial slabs with metal-dielectric multilayers
实验上实现了基于金属-介质多层膜的可见光波段近零ε（ENZ）超材料平板。测量了透射、反射和吸收光谱，并用于确定ENZ板的复折射率和有效折射率，这与数值模拟和光学非局域性分析的结果一致。此外，还分析了ENZ平板中的光传输和ENZ棱镜的定向发射。准确确定金属-介质多层超材料板的ENZ波长对于实现许多独特的应用，如相位波前操纵和增强光子态密度具有重要意义。
2013-07-07 physics.optics
Broadband Epsilon-Near-Zero Metamaterials with Step-Like Metal-Dielectric Multilayer Structures
基于有效介电常数的Bergman谱表示，提出了由具有特定金属填充率和厚度的层状结构组成的宽带ε近零亚原子的概念.设计了阶梯状金属-介质多层膜结构，实现了在光学频率范围内真实的宽带ε-近零亚原子。这些元原子可以被集成为非常规光学组件的构建块，其在宽频率范围内具有奇异的电磁特性，例如所展示的宽带定向发射和相位波前成形。
2013-04-24 physics.optics
Anomalous optical coupling between two silicon wires of a slot waveguide in epsilon-near-zero metamaterials
提出并证明了嵌入ε-近零（ENZ）超材料的硅缝隙波导中两硅线之间的反常光耦合特性。详细研究了缝隙区域的光场增强和横向光力与缝隙尺寸和周围介质介电常数的关系。结果表明，由于硅线与ENZ超材料缝隙界面处的巨大折射率对比，缝隙区域的光场得到了显著增强，但硅线之间的光模耦合大大降低，横向光力被抑制到几乎为零.此外，设计了金属-介质多层结构，在缝隙区域实现ENZ超材料，以实现电场增强。
2013-08-27 physics.optics
Optical hollow-core waves in nonlinear Epsilon-Near-Zero metamaterials
我们研究了无衍射空芯非线性光波在一个分层的纳米尺度金属-介质结构中的传播，该结构的特征在于具有非常小的平均线性介电常数（非线性ε-近零超材料）。我们分析表明，空芯波有一个功率流完全消失在一个中心区域，并表现出一个尖锐的倾斜轮廓周围的核心区域的边缘。在物理上，在核心区域的功率流的情况下是由于电位移场的横向分量的消失，可以通过非线性和线性介电贡献之间的完全补偿来满足的条件。
2010-09-23 physics.optics
Visible Spectrum Circular Dichroism in Extrinsic Chirality Metamaterials
我们提出了一种新的平面非本征手性超材料（ECM）的设计，表现出巨大的圆二色性（CD）在可见光谱范围内，而不是通常的近红外和太赫兹范围。从理论上分析了入射光束角度和超分子单元尺寸对CD谱的影响，并以相邻单元胞内非对称电流激发的新图形说明了其物理机制。
2012-03-20 physics.optics
Locally Enhanced and Tunable Optical Chirality in Helical Metamaterials
我们报告的光学手征的数值研究。用平面波照射的交错金螺旋将右和左圆偏振电磁场能量集中到亚波长区域。这些增强手性的斑点可以通过改变照明参数在位置和大小上平滑地移动，从而允许在纳米尺度上控制光-物质相互作用。
2016-11-23 physics.optics
Hot Electron Dynamics in Ultrafast Multilayer Epsilon-Near-Zero Metamaterial
在不牺牲速度的情况下实现光学特性的显著可调谐性是获得全光学超快器件的关键。在这项工作中，我们研究了超快的时间行为的光学可调ε近零（ENZ）的超材料，在可见光谱范围内工作。为了实现这一目标，我们利用飞秒泵浦探测光谱技术获得了超快电子的动力学过程，并基于双温模型（2 TM）对超快电子的动力学过程进行了研究。我们发现，与飞秒脉冲泵浦改变的超材料的有效介电常数超过400%。这种显著的调制在ENZ区域更明显，我们通过2 TM证实了这一点。实现的有效介电常数的超快调制，以及3.3 ps的超短弛豫时间，为超快光子应用开辟了新的途径。
2020-03-10 physics.optics
Nonlocal homogenization theory in metamaterials: effective electromagnetic spatial dispersion and artificial chirality
我们开发，从第一原理，一个通用的和紧凑的形式主义预测的电磁响应的超材料与非磁性夹杂物在长波长的限制，包括空间色散到二阶。具体而言，通过诉诸一个合适的多尺度技术，我们表明，介质有效介电常数张量和一阶和二阶张量描述空间色散可以通过平均合适的空间快速变化的字段每个satysifing类静电方程内的超材料单位细胞进行评估。对于具有可忽略的二阶空间色散的超材料，我们利用一阶空间色散和互易双各向异性电磁响应的等价性，推导出一个简单的表达式的超材料的手征张量。这样的表达式使我们能够系统地分析复合空间对称性对电磁手征性的影响。我们发现，即使超材料是几何非手性的，即，它是从它的镜像不可区分的，它显示伪手性Ω电磁手性，如果需要恢复反射后的介电分布的旋转是$0^\circ$或$90^\circ$旋转围绕一个轴正交的反射平面。这两种对称的情况包括具有手征响应的二维和一维超材料。作为一个例子承认充分的分析描述，我们讨论一维的超材料，其单一的手征参数被证明是直接相关的超材料的介电分布的求积。
2015-01-22 physics.optics
Two-color all-optical switching in Si-compatible epsilon-near-zero hyperbolic metamaterials
本文提出一种硅兼容的介电常数近零双曲超材料，实现可见与近红外双波长超快全光开关，开关时间达数百飞秒，可应用于太赫兹调制。
2023-05-11 physics.optics
Separable metamaterials: analytical ab-initio homogenization and chirality
我们研究了可分离超材料的从头均匀化与因子介电常数分布，这可以通过适当的灰度介电常数设计技术来实现。分离性允许这种超材料在物理上被视为三个虚构的一维生成介质的叠加。我们证明，在长波长的限制，可分离的超材料承认简单和解析描述其电磁双各向异性响应，可以从一维生成介质的属性重建。我们的方法提供了一种策略，它允许完整的从头算和灵活的设计，一个复杂的双各向异性的响应，通过使用1D超材料作为基本的积木。
2016-06-03 physics.optics
Optically induced metal-to-dielectric transition in Epsilon-Near-Zero metamaterials
ε近零材料表现出介电常数实部随波长从正值到负值的转变。在这里，我们研究金属-电介质层状超材料的均匀制度（每层具有强烈的亚波长厚度）与零实部的介电常数在近红外区域。通过光学泵浦的超材料，我们实验表明，接近ε等于零（EEZ）的波长的介电常数表现出显着的过渡，从金属（负介电常数）的电介质（正介电常数）作为光功率的函数。值得注意的是，这种转变作为泵浦功率的函数是线性的，并且发生在100 fs泵浦脉冲的量级的时间尺度上，其不需要被调谐到特定波长。介电常数增加的线性度允许我们以标准三阶光学非线性来表达超材料的响应：这显示了在穿过EEZ波长时实部和虚部的作用的明确反转，进一步支持超材料的物理行为中的光学诱导变化。
2016-01-26 physics.optics
Exotic leaky wave radiation from anisotropic epsilon near zero metamaterials
研究了双轴亚波长超材料的电磁波发射。对于可调各向异性结构，表现出沿给定的轴消失的介电响应，我们发现显着的变化与泄漏波辐射的发射能量的发射角。我们写封闭形式的能量传输速度和相应的辐射角$ϕ$的表达式，定义的辐射发射锥，都作为频率的函数，材料和几何参数。全波模拟证实了在这些结构中可以实现的广泛的方向性。
2011-05-04 physics.optics
All-optical active plasmonic devices with memory and power switching functionalities based on epsilon-near-zero nonlinear metamaterials
全光有源等离子体激元器件对于设计高效的纳米光子电路具有重要意义。我们从理论上提出并数值研究了一种有源等离子体激元器件，该器件由厚度小于100纳米的非线性ε近零超材料板组成，该板位于线性ε近零超材料衬底上。我们预测，在自由空间耦合配置，该设备，在低强度下工作，将显示等离子体介导的滞后行为，因为反射和入射光波之间的相位差原来是多值的，并依赖于激发过程的历史。这种滞后行为将允许将所提出的装置视为紧凑的存储器单元，其状态可通过测量由非线性等离子体波携带的所提及的相位差或功率来访问，所述功率也是多值的。由于多个等离子体激元功率包括正值和负值两者，因此该装置还将在沿着磁滞回线的每个跳跃处作为等离子体激元功率方向的开关操作。
2011-01-13 physics.optics
Diode-like asymmetric transmission in ultrathin hyperbolic epsilon-near-zero slabs: extreme anisotropy mimicking chirality
我们证明了一个强的非对称传输的前向和后向传播的倾斜的圆偏振光波支持ε近零双曲板。我们发现，值得注意的是，这种效果是完全触发的各向异性，而不诉诸任何破坏的互易性和手征对称性或空间非局部效应。此外，我们表明，非对称传输经历了戏剧性的增强，如果板是双曲线的ε近零制度。这是因为，在接近ε-近零点时，双曲色散激活标准具共振，其中非常波积累传播相位，即使板是椭圆形的。所提出的策略有望在不同的频带实现超紧凑和高效的偏振器件。
2018-02-20 physics.optics
Tunable electromagnetic chirality induced by graphene inclusions in multi-layered metamaterials
我们从理论上研究了一类新型的多层超材料的电磁响应，通过交替石墨烯片和电介质层，整个结构不表现出沿堆叠方向的反射对称平面。我们表明，该结构的电磁响应的特征在于由一个有效的手征参数描述的磁电耦合。利用石墨烯-光耦合的内在可调谐性，我们证明了通过外部电压门控改变石墨烯化学势可以调谐介电和手性电磁响应。
2013-10-23 physics.optics
High temperature epsilon-near-zero and epsilon-near-pole metamaterial emitters for thermophotovoltaics
提出了一种利用ε-近零超材料实现热激励远场电磁辐射的方法，并引入了一类新的人工介质：ε-近极超材料。我们还介绍了高温等离子体激元的概念，因为传统的超材料构建块具有相对较差的热稳定性。使用我们的方法，可以针对各种应用对热发射和光吸收的角度性质、光谱位置和宽度进行微调。特别是，我们表明，这些超材料发射器接近1500 K，可用作热光伏器件的一部分，以超过41%的全浓度Shockley-Queisser限制。我们的工作为超材料的高温热工程应用铺平了道路。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Omnidirectionally Bending to the Normal in epsilon-near-Zero Metamaterials
与传统的光从高折射率介质到低折射率介质时在界面处偏离法线方向的观点相反，本文证明了一种奇异的现象，即当光从任意高折射率介质入射到ε-近零超材料时，电磁功率的方向向法线方向弯曲。此外，对于所有入射角，透射光束的方向接近法线。换句话说，来自空气或任意高折射率介质中的不同方向的电磁功率在进入ε-近零超材料时可以被重定向到几乎平行于法线的方向。这一现象与传统的斯涅耳定律所描述的行为相反，是由ε-近零和材料损耗之间的相互作用引起的。这种特性在通信中具有潜在的应用，可以在不使用光学透镜和机械万向节的情况下增加接收角和能量传递。
2011-12-07 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
Two-peaked and flat-top perfect bright solitons in epsilon-near-zero nonlinear metamaterials: novel Kerr self-trapping mechanisms
我们分析研究横向磁（TM）空间亮孤子，麦克斯韦方程组的精确解，通过非线性超材料，其线性介电常数非常接近于零，其有效的非线性克尔参数可以定制，以实现标准材料中不可用的值。利用这一事实，在所考虑的介质中，线性和非线性偏振可以在可行的和现实的光强度相媲美，我们确定了两种新的自陷机制，能够支持双峰和平顶孤子，分别。具体而言，这两种新的机制是基于临界点的发生，在该临界点处的有效非线性介电常数消失，这两种机制的不同之处在于通过非标准值的非线性参数实现线性和非线性极化之间的补偿。
2010-11-16 physics.optics
Designing broadband enhanced chirality is of strong interest to the emerging fields of chiral chemistry and sensing, or to control the spin orbital momentum of photons in recently introduced nanophotonic chiral quantum and classical optical applications. However, chiral light-matter interactions have an extremely weak nature, are difficult to be controlled and enhanced, and cannot be made tunable or broadband. In addition, planar ultrathin nanophotonic structures to achieve strong, broadband, and tunable chirality at the technologically important visible to ultraviolet spectrum still remain el…
2021-01-28 physics.optics
Perfect Absorption in Ultrathin Epsilon-Near-Zero Metamaterials Induced by Fast-Wave Non-Radiative Modes
在金属和ε-近零超材料之间的界面处可以产生双光线表面等离子体激元。这种独特的功能诱导不寻常的快波非辐射模式在ε-近零材料/金属双层。这种特殊模式的激发导致低损耗超材料中的广角完美吸收。理想的吸收波长与ε近零超材料厚度的比值可以高达10^4;电磁能量可以被限制在薄至λ/10000的层中。与传统的快波泄漏模式不同，这些快波非辐射模式具有与空间波场自然匹配的准静态电容特征，因此很容易从自由空间访问。理想的吸收波长可以通过在保持结构厚度不变的同时调谐λ = 0波长而从中红外调谐到远红外。
2011-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strategy for designing broadband epsilon-near-zero metamaterial with loss compensation by gain media
提出了一种宽带增益掺杂近零ε（GENZ）超材料的设计策略。基于有效介电常数的Milton表示，该策略在无量纲谱空间中开始，其中GENZ超材料的有效介电常数简单地由对应于工作频率范围的极零结构确定。GENZ超材料的物理结构是通过一个易于处理的逆问题从零极点结构恢复。该策略在实际应用中具有很大的优势，并从理论上揭示了频谱空间中宽带近零介电常数现象的抵消机制。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal graphene metamaterials and epsilon-near-zero high temperature plasmonics
热光伏（TPV）发射器的关键特征是对应于刚好高于吸收光伏电池的带隙的能量的热发射的增强和低于带隙的热发射的同时抑制。我们在这里表明，单层等离子体涂层可以高效率地执行这项任务。我们的关键设计原则涉及调整作为热发射器的金属的ε-近零频率（等离子体频率）到半导体电池的电子带隙。这种方法利用金属在其等离子体频率（ε-近零频率）附近的反射率的变化来导致光谱选择性热发射，并且可以适用于使用高温等离子体材料的大面积涂层。我们提供了一个详细的分析的光谱和角度性能的高温等离子体薄膜TPV发射器。我们展示了这种高温等离子体热发射涂层（p-TEC）用于窄带近场热发射的潜力。我们还显示了石墨烯多层热超材料的近表面能密度的增强，这是由于在有效的ε-近零频率处的拓扑转变。这开启了在红外频率范围内来自石墨烯多层的光谱选择性热发射。我们的设计为开发用于光谱选择性辐射传热应用的单层p-TEC和石墨烯多层膜铺平了道路。
2017-02-05 physics.optics
Optical materials with vanishing dielectric permittivity, known as epsilon-near-zero (ENZ) materials, have been shown to possess enhanced nonlinear optical responses in their ENZ region. These strong nonlinear optical properties have been firmly established in homogeneous materials; however, it is as of yet unclear whether metamaterials with effective optical parameters can exhibit a similar enhancement. Here, we probe an optical ENZ metamaterial composed of a subwavelength periodic stack of alternating Ag and SiO$_2$ layers and measure a nonlinear refractive index $n_2 = (1.2 \pm 0.1) \times …
2021-02-24 physics.optics
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线（NW）超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料，显示ε近零（ENZ）和ε近极（ENP）共振。我们表明，NW-超材料的行为从金属-电介质多层（ML）超材料的一个根本区别是ε-近零（ENZ）和ε-近极（ENP）介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比，纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反，NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振，并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时，我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线（EDX）和X射线衍射（XRD）分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用，并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Ferrell-Berreman modes in plasmonic epsilon-near-zero media
我们在银/二氧化硅多层材料中观察到独特的吸收共振，这些吸收共振与Ferrell（1958）和Berreman（1963）最初研究的薄膜的辐射体等离子体激元极化激元态有关。在局部有效介质中，超材料描述，这些微观模式的激发的独特效果是违反直觉的，并且在复传播常数中捕获，而不是有效介电常数。理论分析表明，该材料的能带结构存在多个具有慢光特性的Ferrell-Berreman分支。传播常数揭示细微的微观共振的证明可以导致设备的设计，其中Ferrell-Berreman模式可以用于从等离子体传感到成像和吸收增强的实际应用。
2015-05-22 physics.optics
Strong self-induced nonreciprocal transmission by using nonlinear PT-symmetric epsilon-near-zero metamaterials
非互易传输是单向波传播现象背后的基本过程。在我们的工作中，一个紧凑和实用的宇称时间（PT）对称的超材料设计的基础上，两个碳化硅（SiC）介质由一个空气隙和光子掺杂的增益和损耗缺陷。我们证明了一个例外点（EP）是在这个PT对称系统中形成的SiC作为一个实用的ε近零（ENZ）材料时，并考虑到其适度的光损耗。此外，甚至更重要的是，由于非线性克尔效应，在稍微偏离EP的频率处激发强自感非互易传输，但不破坏PT对称相位。从一个方向的透射率是完全一致的，而从另一个方向的透射率降低到非常低的值，实现非常高的光学隔离。与无源非线性非互易谐振器相比，所提出的有源非线性超材料克服了非互易性的基本物理界限。强烈的自感非互易传输来自于从相反入射方向激发时实现的极端非对称场分布。缺陷中电场的显著增强有效地降低了触发所呈现的非线性响应所需的光功率。这项工作可以有大量的应用，如用于保护源或其他敏感设备免受外部脉冲信号，循环器和隔离器的非互易性涂层。
2020-03-03 physics.optics
Analytical Study of Sub-Wavelength Imaging by Uniaxial Epsilon-Near-Zero Metamaterial Slabs
我们讨论了单轴ε-近零超材料平板的成像特性，可能倾斜的光轴，分析其亚波长聚焦特性作为设计参数的函数。我们推导出封闭的解析形式的相关的二维格林函数的特殊圆柱函数。对于感兴趣的近场参数范围，我们也能够推导出一个小参数近似的更简单的解析函数。我们的研究结果，验证和校准对全波参考解决方案，扩展了分析工具，可用于计算效率和物理深刻的建模和设计的超材料为基础的亚波长成像系统。
2012-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum plasmon effects in epsilon-near-zero metamaterials
研究了高光子能区金属材料的色散特性和量子体等离子体激元的传输特性。金属的非局域介电常数由量子等离子体效应决定，并通过应用动力学理论中的Wigner方程并考虑电子晶格碰撞来计算。研究了金薄膜中的近零材料的特性。在较宽的能量范围内得到了量子体等离子体激元的光谱和阻尼率，并在经典和量子极限下解析计算了电子的波函数。结果表明，量子体等离子体激元的传播长度为1 ~ 10 nm，它强烈依赖于电子的能量。传播长度被发现是远大于在经典制度，这是可比的原子半径和平均粒子间距离的传播长度。研究发现，由于量子效应的存在，电子波函数的空间局域化得到了扩展。同时，研究表明，当光子能量减小时，电磁波的阻尼减小，这与经典Drude模型的结论相反。讨论了量子效应在下一代超材料发展中的重要性。
2014-10-22 physics.optics
Controlling the broadband enhanced light chirality with L-shaped dielectric metamaterials
本文设计了基于倾斜纳米柱的全介电硅基L形超材料，通过掠射角沉积实现晶圆级制备，在透射模式下获得宽带增强且振幅与频率均可调控的手性光学响应。
2024-03-27 physics.optics
Scattering properties of PT-symmetric chiral metamaterials
在光学系统中，奇偶时间（PT）对称性的增益和损耗的组合最近指出了各种新的光学现象和可能性。它们中的许多可以通过将PT对称性概念与超材料相结合来实现。在这里，我们调查的情况下，手征超材料，显示手征超材料与PT对称的增益-损耗的组合，使非常丰富的各种现象和功能。研究一个简单的一维手征PT对称系统，我们表明，与正常入射波的PT对称和手征相关的特性可以独立调谐和叠加几乎在意志。另一方面，在斜入射下，手征性影响所有的PT相关的特性，也导致新的和不寻常的波传播功能，如不对称的传输和不对称的光学活性和椭圆率。所有这些功能都是高度可控的手征和入射角，使PT对称的手征超材料在大范围的偏振控制寻求应用的价值。
2020-05-13 physics.optics
Electric Levitation Using Epsilon-Near-Zero Metamaterials
具有超距作用的物体悬浮一直是人类感兴趣的问题。有几种方法可以实现这一点，例如空气动力学，声学或电磁方法，包括辐射压力，稳定势阱和量子卡西米尔力。一种令人着迷的悬浮方法是基于迈斯纳效应的超导体上的磁体-超导体驱逐磁场。随着超材料的出现--设计的结构具有自然界中可能找不到的电磁特性--我们问是否可以设想一种材料表现出类似的场驱逐，但涉及电场。我们展示了一种特殊的亚类超材料，称为ε-近零材料，如何表现出类似于迈斯纳效应的经典电学特性，对附近的源施加排斥力。已经研究了使用各向异性和手性超材料的排斥力，但我们的建议使用基于场驱逐的不同机制，并且对损耗和材料色散都非常鲁棒。
2013-03-05 physics.class-ph physics.optics
The rapidly growing global data usage has demanded more efficient ways to utilize the scarce electromagnetic spectrum resource. Recent research has focused on the development of efficient multiplexing techniques in the millimeter-wave band (1-10 mm, or 30-300 GHz) due to the promise of large available bandwidth for future wireless networks. Frequency-division multiplexing is still one of the most commonly-used techniques to maximize the transmission capacity of a wireless network. Based on the frequency-selective tunnelling effect of the low-loss epsilon-near-zero metamaterial waveguide, we nu…
2022-06-23 physics.app-ph physics.optics
Tunable Epsilon Near Zero Metamaterial with Rotating Obround-Shaped Meta-Atoms
本文提出一种由长圆形截面杆构成的微波ENZ超材料，通过旋转超原子实现等离子体频率26%的可调谐，调谐范围显著优于光学频段天然材料。
2025-06-04 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Switching Purcell effect with nonlinear epsilon-near-zero media
光学拓扑转变被定义为在ε近零（ENZ）频率附近的光子晶体表面的变化，其可以显著地改变放置在超材料板附近的量子发射器的自发发射。在这里，我们表明，由于在ENZ频率的强克尔非线性，高功率脉冲可以诱导等频色散曲线的拓扑结构的突然转变，导致传播以及倏逝波通过超材料板的传输的显着变化。该倏逝波开关效应允许通过Purcell效应的调制来控制自发发射。我们开发了增强的ENZ介质的非线性响应的s和p偏振输入的理论，并表明，这种非线性效应是更强的p偏振，几乎是独立的入射角。我们进行时域有限差分（FDTD）模拟，以证明超材料板的瞬态响应的超快脉冲和快速开关的Purcell效应在亚皮秒尺度。在ENZ处的Purcell因子变化几乎为3倍，这比远离ENZ处的变化强一个数量级。我们还表明，由于多层金属-介质超晶格内部的空间场分布的不均匀性，一个独特的空间拓扑过渡的超材料可以通过控制脉冲诱导的非线性。我们的工作可以导致ENZ超材料中量子现象的超快速控制。
2018-07-06 physics.optics
Polarisation conversion and optical meron topologies in anisotropic epsilon-near-zero metamaterials
利用等离激元纳米棒超材料的强各向异性诱导的自旋-轨道耦合，控制矢量涡旋光束偏振并生成 meron 拓扑结构，通过改变输入偏振椭圆度实现额外操控，对光学等多领域应用具有重要意义。
2025-01-29 physics.app-ph physics.optics
Chiral metamaterials with PT symmetry and beyond
具有尊重奇偶时间（PT）对称性的增益和损耗的光学系统可以具有实本征值，尽管它们具有非厄米特特性。手征系统施加圆偏振波，其在组合的空间和时间反转操作下不保持其手性，并且因此，似乎与具有PT对称性的系统不兼容。然而，在这项工作中，我们表明，在某些配置中，PT对称的介电常数，磁导率和手征是可能的;此外，即使手征远远超出PT对称性，实本征值仍保持不变。通过模拟和检索获得所有三个本构参数在现实的手征超材料，我们表明，手征性可以定制独立的介电常数和磁导率，因此，在这样的系统中，实现了广泛的控制新的光学特性，包括先进的偏振控制。
2018-11-13 physics.optics
Nonreciprocal Transmission in Nonlinear PT-Symmetric Metamaterials Using Epsilon-near-Zero Media Doped with Defects
非互易传输形成了光二极管和隔离器的基本工作机制，需要打破洛伦兹互易定律。在这项工作中，强非互易传输证明了通过使用紧凑的非线性宇称时间（PT）对称系统的基础上的ε近零（ENZ）材料光子掺杂的增益和损耗的缺陷和分离的空气隙。由于缺陷中的强电场限制，该可缩放配置的非线性响应在相对低的光强度下被触发。从相反的入射方向激发时实现的极端不对称的场分布，结合所提出的系统的增强的非线性特性，导致显着的自感非互易传输。级联配置与优化的几何尺寸用于实现自诱导非互易传输与最大的对比度，理想的设计新的全光二极管。所提出的鲁棒非互易响应发生在一个频率稍微偏离异常点，但没有打破PT对称相位，不同的相比，以前的作品。这项工作的结果可以有大量的应用，如非互易性涂层，用于保护源或其他敏感设备免受外部脉冲信号，循环器和隔离器。
2019-07-30 physics.optics
Extrinsic electromagnetic chirality in all-photodesigned one-dimensional THz metamaterials
我们认为，全光设计的超材料，在半导体上的光激发载流子的亚波长定制图案，可以显示一个奇异的太赫兹（THz）频率范围内的非本征电磁手征。我们考虑一个光致图案表现出一维几何手性，即它的镜像不能叠加到自己的平移没有旋转，在长波长的限制，我们评估其双各向异性响应。光诱导的非本征手性原来是完全可重构的，通过重铸的光学照明，支持光激发的载流子。全光设计技术是实现有效物质功能化的一种可行、简单和有效的方法，结合手性不对称性，它可能成为新一代可重构太赫兹波偏振操纵器件的平台。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metamaterial slab as a lens, a cloak or something in between
我们表明，一个超材料板与任意值的μ和μ的行为作为一个斗篷在有限的频率为一个小的物体位于足够接近它由于抑制对象的光学激发增强反射。由于传播分量的反射可以部分地抑制激发，而倏逝分量可以完全掩盖对象。特别地，具有Δ = mu = -1 + i Δ的Veselago板以及一类各向异性负折射率板，当Δ-> 0时，可以完全遮盖放置在距板有限距离内的小物体。
2010-10-30 physics.optics
Unlocking optical coupling tunability in epsilon-near-zero metamaterials through liquid crystal nanocavities
本研究利用高双折射液晶纳米腔和表面力仪，在ENZ超材料中实现了腔模耦合的主动调控与反交叉操控，为可调谐光子器件和片上光谱仪提供了新途径。
2023-07-05 physics.app-ph physics.optics
$\mathcal{PT}$-Symmetry-Induced Wave Confinement and Guiding in Epsilon-Near-Zero Metamaterials
受宇称-时间对称概念的启发，我们证明了ε-近零超材料中增益和损耗的明智空间调制可以诱导以零衰减为特征的指数束缚界面模式的传播。具体参考双层配置，通过色散方程的分析研究和参数化，我们表明，这种波导机制可以在中等增益/损耗水平的存在下维持，并且它变得泄漏（即，辐射）低于增益/损耗阈值。此外，我们探索了一种可能的基于棒的超材料实现，基于现实的材料成分，它捕获了波导机制的基本特征，与我们的理论预测非常一致。我们的研究结果可能为光学器件和可重构纳米光子学平台的设计开辟新的可能性。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Longitudinal field controls vector vortex beams in anisotropic epsilon-near-zero metamaterials
本研究提出利用极端各向异性epsilon-near-zero超材料操控带纵向场的矢量涡旋光束的方法，可调控模式、滤除衍射并定制偏振分布，为多领域光学应用开辟新方向。
2024-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ubiquity of optical activity in planar metamaterial scatterers
最近发现，如果照明破坏对称性，则超材料散射体的周期性晶格显示光学活性，即使散射体或晶格不显示2D或3D手性。在这封信中，我们证明了这种“伪手性”是固有的任何单一的平面超材料散射体，事实上有一个明确的价值在一个普遍的约束。我们认为，在任何电路模型中，来自单一共振的非零电和磁极化率自动意味着强双各向异性，即，磁电交叉极化率在由能量守恒设置的普遍约束下。我们确认我们的索赔提取极化率张量和截面的手激发传输测量近红外开口环阵列，和电动力学模拟不同的超材料散射体。
2012-01-13 physics.optics
The search for objects that yield maximum electromagnetic chirality in their emitted wavefield has garnered significant attention in recent years. However, achieving such maximum chirality is challenging, as it typically requires complex chiral metamaterials. Here we demonstrate that chiral spheres can yield maximum chirality in their emitted wavefield. Specifically, we analytically find the spectral trajectories at which chiral spheres become optically transparent to a given helicity of the incident field, while for its opposite helicity, they behave as dual objects, i.e., on scattering, they…
2023-03-15 physics.optics
Electrically Tunable Excitonic-Hyperbolicity in Chirality-Pure Carbon Nanotubes
本文利用手性纯半导体碳纳米管取向薄膜实现室温电可调激子双曲超材料，验证色散窗口、传播角、Purcell因子及自发辐射调制。
2025-09-29 physics.optics
Electromagnetic Chirality
本文提出了电磁手征性的第一性原理和整体观点。为此，它遵循自下而上的结构，从手性粒子或元粒子（微观尺度）的描述，通过手性介质的电磁理论（宏观尺度），建立手性材料和超材料的先进性能和设计原则。它初步突出了与手征性相关的三个基本概念-镜像不对称性，极化旋转和磁介电耦合-并指出它们之间存在的非平凡的相互依赖关系。第一部分（手性粒子）介绍了超材料作为最有前途的技术手性，比较了两个代表性的粒子涉及磁电耦合，即平面欧米茄粒子和扭曲欧米茄或螺旋粒子，并表明，只有后者是手性，最后链接的微观粒子的响应，通过安排他们根据一个亚波长晶格结构形成的介质。第二部分（电磁理论）推断从以前的微观研究的手征性本构关系作为一个子集的最一般的双各向异性关系，推导出奇偶性条件的手征性参数，计算手征性本征态作为圆偏振波，并最终表明，圆双折射这些国家导致偏振旋转。第三部分（性质与设计）介绍了基于空间频率色散或非局域性的手征性的显式表述，分析了手征介质的时间频率色散或非局域性，最后为设计实用的手征超材料提供了指导。
2019-04-03 physics.optics
PT-symmetric chiral metamaterials: Asymmetric effects and PT-phase control
研究了手征性对PT对称手征系统的PT对称相位和PT破缺相位的影响。从点，横磁（TM）和横电（TE）波有不同的例外点，我们表明，与圆偏振波（这是TM和TE波的线性组合）混合PT对称相位可以实现和这些阶段的程度可以高度控制的手征性和入射角。此外，虽然TM和TE波在非手征PT对称系统中的传输是相同的向前和向后传播，我们表明，与手征这种对称性可以被打破。结果，可以在透射波的偏振状态中实现不对称的（即，侧相关的）旋转和椭圆率。我们的研究结果构成了一个简单的例子手性PT对称光学系统中的各种相位（全PT，混合，打破）和不对称的影响，可以很容易地调整通过调整的手征性参数和/或入射角。
2020-03-17 physics.optics
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
Low-dimensional optical chirality in complex potentials
手性是自然界中的普遍特征，如在费米子相互作用和DNA螺旋性中所观察到的。光的手征相互作用受到了广泛的关注，不仅涉及其物理解释，而且还关注激发，吸收，折射和拓扑相位中的有趣现象。虽然超材料的最新进展刺激了手征性的人工工程，但大多数方法都是建立在电磁响应混合的相同原理上。在这里，我们提出了基于低维本征系统的光的手征相互作用。利用复杂材料中放大和衰减电模式的混合，实现了具有手征本征态的偏振空间中的低维性，与先前方法中的2维本征系统相反。从低维手征性预言了光学自旋黑洞的存在，并在实验上证实了宇称时间对称异向介质中手征波之间的奇异相互作用。
2016-09-09 physics.optics
Unlocking the full potential of wave-matter nonlinear coupling in the epsilon-near-zero regime
近年来，非常规的超材料特性引发了电磁研究的革命，揭示了波-物质相互作用的新场景。非常小的介电常数是这种不寻常特征的主要例子，因为它产生了一种奇异的静态状态，其中电磁场在物理上很大的区域内空间缓慢变化。因此，所谓的ε近零超材料提供了一个理想的平台，可以操纵“拉伸”场的内部细节。在这里，我们从理论上证明，一个标准的非线性是能够操作这样的操纵点，即使是薄板产生一个显着的非线性脉冲变换，如果介电常数是非常小的场带宽内。预测的非共振释放的全非线性耦合产生的ε-近零条件不诉诸任何场增强机制，并开辟了新的途径，利用物质非线性转向辐射的超紧凑结构。
2015-07-10 physics.optics
Integrated optical devices based on broadband epsilon-near-zero meta-atoms
通过数值模拟，验证了所提出的理论策略在光频范围内设计宽带近零介电常数（ENZ）超材料的可行性。此外，所设计的宽带ENZ堆叠被用作元原子，以构建具有非凡性能的功能纳米光子器件，包括超箭头电磁能量隧穿通道和ENZ凹聚焦透镜。
2012-05-23 physics.optics
Polarization conversion using hybrid near-zero and high-index metamaterials
Umeå University（于默奥大学）；Umeå Centre for Microbial Research（于默奥微生物研究中心）
本文提出一种利用近零折射率与高折射率材料混合结构实现线偏振至圆偏振转换的策略，在平面几何中预测了反射与透射配置下的极化转换，并指出损耗限制性能，概念可从太赫兹拓展至光学域。
2025-11-05 physics.optics
Chirality Inversion and Giant Optical Activity in Scalable Self-Assembled Metamaterials
Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG)（马克斯·普朗克胶体与界面研究所）；Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学化学系）；Institute of Light and Matter, Claude Bernard University Lyon 1, CNRS（里昂第一大学克劳德·贝尔纳大学光与物质研究所，法国国家科学研究中心）
本研究开发了可规模化组装的分级螺旋超材料，实现了强等离子体光学活性与手性反转，还可回收金纳米颗粒，为可持续手性等离子体材料提供了新方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
