A New Class of Electrically Tunable Metamaterial Terahertz Modulators
可切换超材料为有效操纵电磁波，特别是太赫兹波提供了独特的解决方案，这是困难的，因为自然产生的材料很少可控地响应太赫兹频率。然而，迄今为止，很少有太赫兹调制器同时表现出低衰减和高调制深度。在这封信中，我们提出了一类新的电调谐太赫兹超材料调制器，采用金属频率选择表面（FSS）与电容可调层的电子，有望接近100%的调制深度和< 15%的衰减。我们的设计与现有技术的根本区别是通过独立于金属FSS的自选通电子层实现的调谐。我们的建议适用于所有可能的电可调元件，包括石墨烯，Si，MoS2，氧化物等，从而为在超宽太赫兹频率范围内实现高性能可切换超材料开辟了无数机会。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly tunable hybrid metamaterials employing split-ring resonators strongly coupled to graphene surface plasmons
超材料和等离子体是非常规操纵和利用光的强大工具。超材料可以被设计成具有天然材料所缺乏的有趣特性，例如负折射率。等离子体提供了将光限制在亚波长维度并增强光与物质相互作用的能力。最近，基于石墨烯的等离子体显示出新兴的技术潜力，因为与基于金属的等离子体相比，它具有大的可调谐性，更高的场约束和更低的损耗。在这里，我们介绍了混合结构，包括石墨烯等离子体谐振器有效地耦合到传统的开口环谐振器，从而展示了一种高度可调的超材料，其中两个谐振之间的相互作用达到强耦合制度。这种混合超材料被用作高速THz调制器，表现出超过60%的透射调制和超过40 MHz的工作速度。该器件概念还提供了一个平台，用于探索石墨烯等离子体结构中的腔增强光-物质相互作用和光学过程，用于包括传感，光电检测和非线性频率产生在内的应用。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wireless Josephson Junction Arrays as Tunable Metamaterials: Inducing Discrete Frequency Steps with Microwave Radiation
我们报告低温，微波传输测量一个新的可切换和可调类的非线性超材料。将约瑟夫森结（JJ）的无线二维阵列作为超材料进行探测，其中阵列中的每个元胞被认为是一个元原子。在微波存在的情况下，这种由30，000个连接的元原子组成的紧凑超材料阻止了库珀对的流动，从而在我们测量的最低温度下产生具有2800的品质因数的单一鲁棒谐振信号。传输信号被打开和关闭，其幅度和频率随温度、入射射频功率或直流磁场而调谐。令人惊讶的是，将入射射频功率增加到阈值以上会导致谐振分裂为多个离散谐振，这些谐振在宽温度窗口的240 MHz范围内延伸。我们认为，这种效果是一个新的化身的逆交流约瑟夫森效应的约瑟夫森等离子体频率锁定到射频驱动频率产生量化的频率阶跃，而不是电压阶跃，在没有直流偏置。
2015-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunable stochasticity in an artificial spin network
超材料提供了通过对其内部结构进行工程设计来人工产生高级功能的可能性。人工自旋网络，其中大量的纳米级磁性元件耦合在一起，是有前途的超材料候选人，使集体磁行为的控制，通过调整元素之间的局部相互作用。在这项工作中，人工自旋网络中的磁畴壁的运动导致超材料的可调谐随机响应，其可以通过外部磁场和局部晶格修改来定制。这种类型的可调随机网络利用纳米尺度下磁畴壁运动内的内在随机性产生可控的随机响应。一个用来说明随机性控制的标志性演示是高尔顿板。在这个系统中，多个球落入一个钉阵列中，以产生一个钟形曲线，该曲线可以通过阵列间距或板的倾斜来修改。一个纳米级的娱乐，这个实验使用人工自旋网络来证明可调随机性。这种类型的可调随机网络为后冯·诺依曼计算架构开辟了新的道路，例如贝叶斯传感或随机神经网络，其中利用随机性来有效地执行复杂的计算任务。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall
Tunable refraction in a two dimensional quantum metamaterial
在本文中，我们考虑一个二维的超材料，包括一个阵列的量子比特（两个层次的量子对象）。这里，我们示出了可以例如经由施加磁通量来控制二维量子超材料，以便提供输入信号的可控折射。我们的结果是一致的材料，可以是量子双折射（分束器）或不依赖于此控制参数的应用程序。我们注意到，这里提出的量子超材料可以从超导量子比特到量子点的各种当前候选技术中制造出来。因此，在这项工作中提出的想法将很容易在现有的最先进的实验室测试。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Tunable microwave impedance matching to a high impedance source using a Josephson metamaterial
我们报告了一个$50\,Ω$微波电路的高阻抗导体的有效耦合。我们使用的阻抗Transformer组成的$λ/4$共面谐振器，其内部导体包含一个超导量子干涉器件（SQUID）的阵列，提供了一个大的和可调的线性电感$\mathcal{L}\sim 80 μ_0$的谐振器，导致在一个大的特性阻抗$Z_C\sim 1\,\mathrm{k}Ω$。阻抗匹配效率的特征在于测量由连接到谐振器的直流偏置高阻隧道结发射的散粒噪声功率。我们演示了在$15$到$35\,\mathrm{k}Ω$范围内的阻抗匹配，其带宽高于$100\,\mathrm{MHz}$，谐振频率在$4$到$6\,\mathrm{GHz}$范围内可调。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunable coupling and isolation of single electrons in silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots
硅金属氧化物半导体自旋量子比特已经证明了极长的相干时间，出色的单量子比特门的稳定性和双量子比特逻辑，使其成为量子信息处理的领先平台之一。尽管如此，这个系统长期存在的挑战是证明单电子之间的可调谐隧道耦合。在这里，我们克服了这个障碍与门定义的量子点，并显示耦合，可以调整和关闭量子操作。我们利用电荷感测来区分双量子点的（2，0）和（1，1）电荷态，并显示出优异的电荷灵敏度。我们展示了可调谐耦合高达13 GHz，通过拟合电荷极化线，和可调谐隧道速率下降到1 Hz以下，推导出的随机电报信号。硅金属氧化物半导体器件中单个电子之间的可调谐耦合的演示为高保真双量子位逻辑提供了重要的范围，以实现标准制造的量子信息处理。
2020-01-13 cond-mat.mes-hall
Kondo physics in tunable semiconductor nanowire quantum dots
我们在强耦合半导体纳米线量子点中观察到了近藤效应。这些器件由砷化铟纳米线制成，通过分子束外延生长，并与钛导线接触。器件的透明性可以通过改变栅电极上的电势来调节，并且为了增加透明度，主导输运的效应从库仑阻塞变化到具有近藤物理出现在中间区域的普适电导涨落。
2006-08-22 cond-mat.mes-hall
Tunable plasmon polaritons in arrays of interacting metallic nanoparticles
我们考虑一个简单的立方体阵列的金属纳米粒子支持扩展的集体等离子体激元，产生于近场偶极相互作用之间的局部表面等离子体激元在每个纳米粒子。我们开发了一个充分的分析量子理论的强耦合制度之间的这些集体等离子体激元和光子导致等离子体激元的纳米粒子阵列。值得注意的是，我们表明，极化激元带隙和超材料的介电函数可以显着调制光的偏振。我们揭示了等离子体超材料中的这种各向异性行为是如何通过纳米颗粒之间的偶极相互作用来介导的，尽管底层晶格是对称的。因此，我们的研究结果铺平了道路，实现可调谐量子等离子体超材料呈现相互作用驱动的双折射。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene on hexagonal boron nitride as a tunable hyperbolic metamaterial
六方氮化硼（h-BN）是一种天然的双曲线材料，其介电常数在基面中是相同的（ε ^t = ε ^x = ε ^y），但与法向平面（ε ^z）中的介电常数具有相反的符号（ε ^t* ε ^z < 0）。由于这种性质，h-BN的有限厚度板充当用于传播双曲声子极化激元的多模波导，双曲声子极化激元是源于光子与声子中的电偶极子之间的耦合的集体模式。然而，控制这些双曲声子极化激元模式仍然具有挑战性，主要是因为它们的电动力学性质由h-BN的晶格决定。在这里，我们通过直接纳米红外成像表明，这些双曲极化激元可以有效地调制在由单层石墨烯在h-BN上组成的范德华异质结构中。可调谐性起源于石墨烯中的表面等离子体激元与h-BN中的双曲声子极化激元的杂交，使得石墨烯/h-BN异质结构的本征模是双曲等离子体激元-声子极化激元。值得注意的是，石墨烯/h-BN中的双曲等离子体-声子极化激元几乎没有欧姆损耗，使得它们的传播长度比h-BN中的双曲声子极化激元的传播长度大1.5-2.0倍。双曲型等离子体激元-声子极化激元具有石墨烯中表面等离子体激元和h-BN中双曲型声子极化激元的优点。因此，石墨烯/h-BN结构可以被分类为电磁超材料，因为这些器件的所得特性并不单独存在于其组成元素中。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall
Tunable optical Aharonov-Bohm effect in a semiconductor quantum ring
通过施加一个垂直于半导体量子环的电场，我们证明了在类量子点（QD）和类量子点之间改变单粒子波函数是可能的。导出了实现这种跃迁的量子环几何参数的约束条件。有了这样一个垂直的电场，我们能够调整Aharanov-Bohm（AB）效应的单粒子和激子。可调谐性在于AB效应的强度以及其周期性。我们还研究了自组装量子环内部的应变诱导势以及应变对AB效应的影响。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall
Optical tuning and ultrafast dynamics of high-temperature superconducting terahertz metamaterials
通过将半导体或复合氧化物集成到金属谐振器中，已经通过使用外部刺激改变环境来实现可调谐超材料。金属提供高导电性以实现超材料中的强共振响应;然而，它们对可调谐性的贡献非常小。高温超导薄膜的复杂电导率对外部扰动高度敏感，这为直接从谐振元件获得可调谐超材料提供了新的机会。本文研究了近红外飞秒激光脉冲激励下，YBa_2Cu_3O_7-δ（YBCO）开口环谐振器阵列在太赫兹（THz）频率范围内的超快动态调谐。光激发使超导库珀对断裂，产生准粒子态。这极大地改变了复电导率的虚部，从而改变了超快时标中的超材料共振。我们观察到共振开关伴随着宽范围的频率调谐作为光激发通量的函数，这也强烈依赖于纳米尺度的超导膜的厚度。我们所有的实验结果都很好地再现通过计算使用的分析模型，考虑到SRR电阻和动力学电感贡献的YBCO薄膜的复杂的导电性。理论计算表明，随着光激发能量密度的增加，SRR电阻的增加是导致共振强度降低的原因，而电阻和动力学电感都有助于共振频率的调谐。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall
Double quantum dot with tunable coupling in an enhancement-mode silicon metal-oxide semiconductor device with lateral geometry
我们提出了一个可调的硅金属氧化物半导体双量子点器件的横向几何形状的输运测量。实验提取的栅极到点电容表明，该设备在很大程度上是对称的栅极电压下施加。有趣的是，这些栅极电压本身并不对称。与数值模拟的比较表明，所施加的栅极电压用于抵消物理器件中的固有不对称性。我们还展示了从一个大的单点到两个隔离良好的耦合点的过渡，其中该设备的中心栅极用于可控地调谐点间耦合。
2010-10-29 cond-mat.mes-hall
Semiconductor nanowire metamaterial for broadband near-unity absorption
红外半导体近一吸收体的实现将为传感、健康、成像和量子信息科学中的应用提供新的能力，特别是在需要便携性的地方。通常，市售的便携式红外单光子探测器由体半导体制成，效率远低于1。在这里，我们设计了一种新型的半导体纳米线超材料，并表明，通过仔细安排InGaAs纳米线阵列，并通过控制它们的形状，我们表现出在室温下的近单位吸收效率。我们的实验表明，在前所未有的波长范围从900 nm到1500 nm的平均测量效率为93%（模拟平均效率为97%）。我们进一步表明，近单位吸收的结果从集体响应的纳米线超材料，起源于耦合到泄漏谐振波导和横模。这些耦合机制导致光从顶部直接吸收，并且当光从一个纳米线散射到相邻纳米线时间接吸收。这项工作可能导致新一代量子探测器的开发，其在红外线中具有前所未有的宽带近单位吸收，同时在室温附近工作，适用于更广泛的应用。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Tunable superconducting coupling of quantum dots via Andreev bound states in semiconductor-superconductor nanowires
半导体量子点已被证明是固态量子模拟的有用平台。然而，实现由库珀对介导的量子点之间的超导耦合迄今为止受到有限的可调谐性和强抑制的影响。这限制了应用，例如库珀对分裂和拓扑Kitaev链的量子点模拟。在这项工作中，我们提出了如何通过连接两个量子点的半导体-超导体纳米线中的Andreev束缚态来介导可调谐的有效耦合。我们表明，以这种方式，它是可以单独控制介导的耦合由库珀对和单电子通过改变Andreev束缚态的性质与容易获得的实验参数。此外，耦合抑制的问题被大大缓解。我们还提出了如何实验提取耦合强度从谐振电流在三端结。我们的建议将使未来的实验，迄今为止还没有可能。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable subband degeneracy in semiconductor nanowires
本文报道了在近对称截面PbTe纳米线中通过双栅极电场调控亚带简并及其解除，并结合数值模拟揭示了器件参数对输运平台的影响。
2024-04-03 cond-mat.mes-hall
Large tunable photonic band gaps in nanostructured doped semiconductors
一个等离子体纳米结构设想与周期层的杂质半导体和被动半导体显示自发地产生表面等离子体激元由于其周期性的性质。该纳米结构被证明表现为一个有效的材料建模由一个简单的介电函数的离子晶体类型，并拥有一个完全可调的光子带隙，宽度超过50%，在该地区从中红外延伸到太赫兹。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity-QED of a quantum metamaterial with tunable disorder
我们在实验上探索了一种基于超导芯片的量子超材料，该超导芯片具有25个频率可调的transmon量子比特，耦合到一个共面谐振器。集体亮模式和暗模式通过微波响应来探测，即，通过测量外部微波信号的传输幅度。所有量子位都有单独的控制和读出线。它们的频率可调谐性允许改变共振耦合量子比特的数量N，并且还可以在它们的激发频率中引入具有预先分配的分布的无序。随着N的增加，我们证明了预期的$N^{1/2}$标度律的能隙（拉比分裂）之间的明亮模式的腔频率。通过引入一个可控的混乱和平均的传输幅度超过了大量的实现，我们证明了一个衰减的介观波动，模仿接近热力学极限。当单个量子位耦合到腔的强度超过无序强度时，集体亮态在无序存在下存活。
2022-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial
最近，将超导量子比特的量子态和纳米机械振荡器的位置编码成微波场的状态已经成为可能。然而，为了对量子比特的状态进行理想的测量，或者以量子限制的灵敏度检测机械振荡器的位置，需要不添加噪声的放大器。如果放大器增加的噪声小于半个量子，它也可以挤压电磁真空的量子噪声。真空的高压缩态是一种重要的量子信息源。它们可以用来产生纠缠或实现反作用回避的位置测量。在这里，我们介绍了一个通用的参数设备，它工作在4和8 GHz之间的频带。它是一种亚量子限制的微波放大器，它放大的量子噪声高于商用放大器的附加噪声，并将量子波动压缩10 dB。
2008-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunable Supercurrent Through Semiconductor Nanowires
纳米尺度的超导体-半导体混合器件是由InAs半导体纳米线与铝基超导体电极单独接触组装而成的。低于1 K，接触的高透明度引起邻近诱导的超导性。纳米线形成超导弱连接，作为介观约瑟夫森结，具有电可调耦合。超电流可以通过作用于纳米线中的电子密度的栅极电压来接通/关断。栅极电压的变化会引起正常态电导的普遍波动，这与临界电流波动明显相关。交流约瑟夫森效应引起微波辐照下伏安特性的夏皮罗台阶。
2005-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Voltage-tunable lateral shifts of ballistic electrons in semiconductor quantum slabs
研究了弹道电子通过半导体量子板时的横向位移可以是正的也可以是负的，这类似于透射光束通过介质板时的反常横向位移。提出了位移为负的必要条件。结果表明，横向位移不仅与半导体量子板的结构参数有关，还与入射角和入射能量有关。数值计算进一步表明，外加电场可以将横向位移从负向正调谐。这种电压可调的横向位移在量子电子器件中具有潜在的应用前景。
2009-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High temperature plasmonics: Narrowband, tunable, near-field thermal sources
我们提出了多种方法来控制维恩的位移法在近场导致窄带，可调，空间相干的高温热源。我们表明，窄带超普朗克热辐射相关的波长范围内的近场热光致发光，可以通过利用工程等离子体状态的金属具有高熔点。除了高温等离子体金属的传统薄膜表面等离子体激元外，我们还介绍了窄带近场热发射的多种不同方法a）ε-近零超材料b）各向异性超材料的可调谐表面等离子体激元和c）光子范霍夫奇异性。我们的工作解决了近场热光电成像中窄带热源的关键问题。
2013-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gate-tunable, superconductor-semiconductor parametric amplifier
本研究研制出以JoFET为有源元件的栅极可调超导体-半导体参量放大器，实现了2 GHz的谐振频率调谐范围，且在固定谐振频率下具备20 dB增益、4 MHz瞬时带宽与-125.5 dBm的1 dB压缩点。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-tunable Josephson parametric amplifiers based on semiconductor nanowires
University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Grenoble INP（格勒诺布尔国立理工学院）；Institut Néel（内尔研究所）；Center for Quantum Devices（量子器件中心）；Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本研究基于平行InAs纳米线阵列制备出栅极可调约瑟夫森参量放大器，实现近1 GHz的频率调谐范围、超20 dB的多频增益及接近量子极限的噪声水平，为同材料体系的栅极可调量子比特与量子极限放大器片上集成提供了新平台。
2026-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A scalable network model for electrically tunable ferroelectric domain structure in twistronic bilayers of two-dimensional semiconductors
在具有对称性破缺界面的二维半导体双层膜中，小角度扭曲的莫尔结构形成具有周期性交替的面外极化的铁电畴阵列。在这里，我们提出了一个网络理论，这种FE域结构的可调谐性，通过施加一个电场垂直于二维晶体。使用多尺度分析，我们推导出一个完全参数化的弦理论描述的畴壁网络，并表明它经历了质的变化，弧后的部分位错像畴壁合并（网络节点附近）成条纹的完美的螺旋位错，这发生在依赖于DWN周期的阈值位移场。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Polarization in Size-Tunable Monolayer Semiconductor Quantum Dots
三维限制允许半导体量子点（QD）表现出尺寸可调的电子和光学性质，从而实现从显示器、太阳能电池和生物医学成像到单电子器件的广泛的光电应用。诸如自旋和谷特性的附加模态可以提供量子信息和自旋电子学所需的进一步的自由度。然而，当试图将这些材料特征结合到QD结构中时，限制可能会导致杂化，从而抑制这些新兴特性插入量子器件的鲁棒性。在这里，我们表明，一类新的横向限制的材料，单层MoS $_2$量子点，可以创建通过自上而下的纳米图案化的原子级薄的二维半导体，使它们表现出相同的谷极化在一个连续的单层片。半导体兼容的纳米纤维工艺允许这些低维材料被集成到复杂系统中，这是推进量子信息应用的一个重要特征。继承的体自旋和谷属性，激子能量的大小依赖性，以及使用光刻机兼容处理来制造MoS $_2$ QD的能力表明，单层半导体QD具有成为集成量子信息和自旋电子学系统的多模态构建块的潜力。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Plasmonic Fractal Metamaterials for Broadband Photodetectors
超材料最近建立了一个新的范例，增强光吸收的国家的最先进的光电探测器。在这里，我们展示了宽带，高效，偏振不敏感，和门可调光电探测在室温下在一个新的元器件的基础上金/石墨烯谢尔宾斯基地毯等离子体分形。我们观察到了前所未有的内部量子效率高达100%，从近红外到可见光范围内的光学探测率的上限为$10^{11}$琼斯和增益高达$10^{6}$，这是一个指纹的多个热载流子在石墨烯中光生。此外，我们显示了100倍的增强光电探测由于高度集中（高达石墨烯的$|E/E_{0}|\approx20$的记录因子）的电磁场诱导的电可调多模等离子体激元，空间上的自相似的方式在超颖表面上本地化。我们的研究结果提供了直接洞察的物理过程，石墨烯等离子体分形超材料。所提出的结构代表了一个有前途的路线，实现宽带，紧凑，和主动平台，为未来的光电子器件，包括多波段生物/化学和光传感器。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable Feshbach resonances and their spectral signatures in bilayer semiconductors
在原子物理学中，费什巴赫共振是一种非常宝贵的工具，它可以精确控制相互作用和制备物质的复杂量子相。本文从理论上分析了二维半导体异质结构中费什巴赫共振的固态模拟。在存在层间电子隧穿的情况下，可以通过调节所施加的电场来共振增强占据不同层的激子和电子的散射。层间Feshbach分子的出现改变了光激发光谱，并且可以用费米极化子的形成来理解。我们讨论了在双层半导体中实现相关玻色-费米混合物的潜在影响。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Gate-Tunable Semiconductor Heterojunctions from 2D/3D van der Waals Interfaces
范德华（vdW）半导体对于高度缩放的器件和异质集成是有吸引力的，因为它们可以被隔离成自钝化的二维（2D）层，从而实现优异的静电控制。这些属性导致了场效应器件的大量演示，从晶体管到三极管。通过利用共价键合的三维（3D）半导体和2D半导体的钝化表面中的受控的替代掺杂方案，可以构建可以超过“全2D”vdW异质结的性能指标的器件。在这里，我们展示了2D/3D半导体异质结，使用MoS 2作为原型2D半导体，放置在Si和GAN作为3D半导体层上。通过调整费米能级在二硫化钼，我们展示了同时表现出超过七个数量级的整流比和电导调制的设备。我们的研究结果进一步表明，界面质量并不一定会影响费米能级调谐在结开辟了新的2D/3D异质结器件架构的可能性。
2020-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
