Coherent perfect absorber and laser in purely imaginary conjugate metamaterials
共轭超材料是指介电常数和磁导率互为复共轭的材料，它同时具有损耗和增益的特性。通过采用共轭超材料与一个纯粹的想象的形式，我们提出了一种机制，实现相干完美吸收体（CPA）和激光模式，这已被广泛研究的宇称时间对称系统。此外，获得CPA和激光模式，包括同时获得它们的一般条件，通过分析纯虚共轭超材料制成的平板的波散射特性被揭示。具体地说，在具有次单位有效折射率的纯虚共轭超材料平板中，可以实现对来自空气的入射波的完美吸收。
2017-08-07 physics.optics
Ultra-slow light pulses in a nonlinear metamaterial
我们发现的解析表达式的阈值强度发射超慢光脉冲的超材料同时立方电和磁非线性。分别由介电常数，磁导率，电立方非线性，磁立方非线性和脉冲持续时间所起的作用被清楚地识别和讨论。
2008-03-28 physics.optics
Dual-band, double-negative, polarization-independent metamaterial for the visible spectrum
我们提出了第一个双波段负折射率超材料，在可见光谱。优化的四功能层超材料结构表现出第一双负（即，同时为负的介电常数和磁导率）带，品质因数为1.7，以及第二双负带，品质因数为3.2。所提出的结构的光学行为是独立的入射场的偏振。这种低损耗超材料结构可以被视为在单个功能层中具有不同厚度的附加金属层的渔网式超材料结构的修改版本。附加的金属层将稀释的等离子体频率深入到结构的二阶磁共振以上的可见光谱中，因此提供了同时具有负有效介电常数和磁导率的双带操作。具有多个负折射率带的宽带超材料可以通过采用更高阶磁共振用相同的技术来实现。该结构可以用已经用于制造渔网超材料结构的标准微制造技术来制造。
2012-09-04 physics.optics
Elastic Waves Scattering without Conversion in Metamaterials with Simultaneous Zero Indices for Longitudinal and Transverse waves
我们从理论上研究了弹性波在超材料中的传播，其中纵向波和横向波的折射率同时为零。在超材料板中存在散射物体（这里是圆柱体）的情况下，虽然弹性波可以完美地穿过超材料板，表现出众所周知的零折射率超材料的隐身效应，但它们在共振时被完全阻挡，表明在这种情况下物体散射了强弹性波。然而，尽管发生了弹性波散射，但与直觉相反的是，在该过程中在纵向波和横波之间没有模式转换，这与传统弹性介质中的模式转换完全相反。提出了一种具有这些特殊性质的二维声子晶体的设计。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electric and magnetic dipole coupling in near-infrared split ring metamaterial arrays
我们提出了实验观察的强大的电磁相互作用的开口环谐振器（SRR）的超材料。我们制作了近红外（1.4 $μ$ m）平面超材料，沿不同方向具有不同的SRR间距。我们的传输测量显示蓝移和红移的磁共振，这取决于SRR相对于晶格的取向。位移同意与一个简单的模型，同时磁和电近场偶极耦合。我们还发现大的共振加宽，伴随着有效截面每SRR随着密度的增加而减少。这些效应是由超辐射散射引起的。我们的数据为洛伦兹-洛伦兹方法研究超材料提供了新的思路。
2009-12-07 physics.optics
Illusion Media: Generating Virtual Objects Using Realizable Metamaterials
我们提出了一类光学变换媒体，错觉媒体，使封闭的对象不可见，并产生一个或多个虚拟对象的期望。我们应用所提出的媒体设计的微波设备，它转换成两个虚拟对象的实际对象。这样的错觉装置表现出不寻常的电磁行为，通过全波模拟验证。与已发表的由同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料组成的错觉装置不同，所提出的错觉介质具有有限的正介电常数和正磁导率。因此，所设计的器件可以使用人造超材料来实现。
2010-04-03 physics.optics
Electromagnetic energy within single-resonance chiral metamaterial spheres
本文导出了平面波作用下手征色散球内时均电磁能量的精确表达式。色散关系对应于由非耦合单共振螺旋谐振器组成的手性超材料。利用场分解方案和双各向异性介质中电磁能量密度的一般表达式，计算了同时具有磁性和手征性的介质中内场的Lorenz-Mie解.我们还得到了一个明确的内部电磁场和吸收截面之间的解析关系。这一结果被施加到证明，强手性导致弱球内的非共振场增强。absorb.ing
2013-03-04 physics.optics
Invisible sensor: Simultaneous sensing and camouflaging in multiphysical fields
在一个单一的设备中操纵各种类型的物理信号一直吸引着科学家和工程师的注意力。然而，这是非常具有挑战性的，如果不是不可能的，即使是新兴的超材料。到目前为止，已经提出了许多人工材料，理论上和（或）实验上，用于操纵各种波/信号的一个功能一个设备的基础上。在这项工作中，第一次，我们采用未经装饰的天然材料，实验证明了在同一设备上的热电流和直流电流的同时伪装。它展示了独创性如何克服自然材料系统的局限性，而不需要复杂的装饰来赋予非均匀和（或）各向异性特性，这在以前被认为是不可能实现的，除非使用超材料。
2015-10-27 physics.optics
Extreme mid-infrared field enhancement and anapoles in high-index plasmonic metamaterials
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学学院）；NanoPhotonics Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心）
本文基于金纳米颗粒自组装超材料，实现中红外波段有效折射率超过15且间隙场增强两个数量级，并通过设计支持anapole的紧凑超材料器件进一步增强纳米间隙场，使量子发射器的受激辐射响应增强三个数量级。
2026-06-18 physics.optics
Entanglement creation with negative index metamaterials
我们提出了一个由两个场量子组成的最大纠缠态的产生方案。在我们的方案中，两个弱光场，这是最初准备在相干或偏振态，与复合介质附近的电介质和负折射率超材料之间的界面相互作用。这种相互作用导致大的克尔非线性，光的群速度的降低和光场的显著限制，同时避免入射辐射的振幅损失。所有这些考虑因素使我们的计划有效。
2012-05-21 physics.optics quant-ph
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
Magneto-electric Uniaxial Metamaterials as Wide-angle, Polarization-insensitive Matching Layers
抗反射或阻抗匹配是在过去的一个世纪里直到今天一直被光学和微波界广泛研究的主题。然而，由于TE（s）和TM（p）偏振的波阻抗随着入射角的增加而发散，因此不可能利用单个常规匹配层在倾斜入射角处同时实现两种偏振的完美匹配。在本文中，我们表明，同时完善匹配的任意基板在任意入射角从空气中是可能的，具有特定的介电常数和磁导率张量的单轴超材料匹配层（UMML）。我们通过合成一个物理UMML来匹配45°下的高折射率（εr= 10.2）衬底来证明这一概念。所需的介电常数和介电常数张量的UMML实现通过明智的控制的切向和纵向的电和磁响应。在设计角度下，两种偏振都观察到约-30dB的反射。基于UMML的概念，我们设计了一种新型的天线罩在微波区与近全向匹配的性能。对于0°-85°的入射角，两种偏振的反射保持低于-14 dB。据我们所知，这是已经实现的最宽的角度范围，同时保持两个偏振的功率反射小于5%。UMML概念为设计高性能微波、太赫兹和光学器件提供了一种新的范例。
2018-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
A multi-stable switchable metamaterial
超材料研究领域围绕着创造人工介质的想法，这种介质以一种天然材料所不知道的方式与光相互作用。这通常是通过创建电子或等离子体结构的亚波长晶格（所谓的元原子）来实现的，它决定了光和超材料之间的相互作用。这些定制介质的最终目标之一是能够原位控制其特性，这导致了可调谐和可切换超材料的全新分支。目前的许多实现依赖于将微机电致动器或半导体元件引入其元原子结构中。在这里，我们表明，超导量子干涉器件（SQUID）可以用作快速，本质上可切换的亚原子。我们发现，它们的内在非线性导致同时稳定的动态状态，其中每一个都与微波域中的磁化率的不同值和符号相关联。此外，我们证明，它是可能的，通过施加纳秒长脉冲，除了微波探测信号之间切换这些状态。除了潜在的应用，例如，全光超材料开关，这些结果表明，多稳定性，这是一个共同的特点，在许多非线性系统，可以用来创建新类型的元原子。
2013-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
Coherent metamaterial absorption of two-photon states with 40% efficiency
多光子吸收过程对入射光场的振幅（即光子数）具有非线性依赖性。然而，多光子吸收通常很弱，并且多光子事件以极低的概率发生。因此，设计在单光子水平上工作的量子非线性器件是非常具有挑战性的，大多数量子技术必须依赖于单光子相互作用。在这里，我们从实验和理论上证明，利用N = 2 N00N状态的相干吸收使得有可能增加被吸收的双光子状态的数量。我们将N = 2 N00N态注入Sagnac干涉仪中，放置在其中的吸收超颖表面表现出40.5%的双光子吸收效率，接近理论最大值。这种同时吸收两个光子的高概率为需要多光子上转换但受到高峰值强度阻碍的领域的应用提供了希望。
2018-08-27 physics.optics quant-ph
Theory of confined plasmonic waves in coaxial cylindrical cables fabricated of metamaterials
本文采用格林函数（或响应函数）理论，在没有外加磁场的情况下，对由右手介质（RHM）[含$ε>0$，$μ>0$ ]和左手介质（LHM）[含$ε(ω) <0$，$μ(ω) <0$ ]构成的同轴圆柱电缆中等离子体波的传播进行了理论研究。广义格林函数理论适用于此类准一维系统，使我们能够推导出相应响应函数（与电磁场相关）的显式表达式，而这些响应函数又可用于推导系统的各种物理性质。这种多界面结构中的受限等离子体激元波激发的特征在于定位在界面处并且远离界面指数衰减的电磁场。一个严格的分析诊断的一般结果在不同的情况下，使我们完全重现以前众所周知的结果在其他几何形状，在不同的理论框架内获得。作为一个应用程序，我们提出了几个说明性的例子上的色散特性的限制（和扩展）的等离子体波在单和双界面结构的色散超材料与传统的交叉。这些色散模式也证实通过计算的本地以及总的状态密度。据观察，色散分量使系统能够支持系统中的s-和p-偏振模式的同时存在。像这样的效应完全归因于负折射率超材料，否则是不可能的。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Density-independent plasmons for terahertz-stable topological metamaterials
为了有效地将尖端的太赫兹技术集成到紧凑的器件中，高度受限的太赫兹等离子体激元引起了人们的广泛关注。与金属中可见频率的等离子体激元相比，通常在轻杂质半导体或石墨烯中的太赫兹等离子体激元对载流子密度（n）敏感，因此具有容易的可调谐性，然而，这导致不稳定或不精确的太赫兹光谱。通过推导出一个简化的，但普遍的形式的等离子体频率，在这里，我们揭示了一个统一的机制，产生不寻常的n-独立的等离子体（DIP）在所有的拓扑状态与不同的维度。值得注意的是，我们预测，太赫兹DIP可以激发在2D的线和1D的点系统，证实了第一性原理计算几乎所有现有的拓扑半金属与不同的晶格对称性。除了与n无关外，DIP中费米速度和简并因子依赖的特性可以分别用于设计拓扑超晶格和多壁碳纳米管超材料，用于宽带太赫兹光谱和量子化太赫兹等离子体。令人惊讶的是，高空间限制和品质因数，也不敏感的n，可以同时实现在这些太赫兹DIP。我们的研究结果为开发稳定的太赫兹应用的拓扑等离子体器件铺平了道路。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Finite-Difference and Pseudospectral Time-Domain Methods Applied to Backwards-Wave Metamaterials
同时具有其介电常数和磁导率的负实部的回波（BW）材料可以支持相位和功率传播在相反方向上发生的波。这些材料被预测具有许多不寻常的电磁特性，其中包括点源的近场的放大，这可以导致图像中源场的完美重建[J.Pendry，Phys.Rev.Lett. \textbf{85}，3966（2000）]。通常使用时域有限差分技术来模拟包含BW材料的系统。我们表明，这种技术遭受的数值伪影，由于其交错网格，使其用于模拟涉及BW材料的问题。另一方面，伪谱时域技术使用同位网格，并且没有这种伪影。它还表明，当建模的色散BW材料，线性频率近似方法引入误差，影响消失反射的频率，而辅助微分方程，Z变换，和双线性频率近似方法产生消失反射在正确的频率。消失反射的情况下是特别感兴趣的领域重建成像应用。
2004-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhancing FRET through DNA-controlled Emitters and ENZ Metamaterials
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；National Centre for Nano Fabrication and Characterization, Technical University of Denmark（丹麦技术大学国家纳米制造与表征中心）；University of Calabria（卡拉布里亚大学）
本文结合DNA纳米技术的结构精确性和epsilon-near-zero超材料的近场增强，实现了对分子尺度能量转移过程的双重控制，显著提高了FRET效率。
2026-11-02 physics.app-ph physics.optics
Metamaterial lens of specifiable frequency-dependent focus and adjustable aperture for electron cyclotron emission in the DIII-D tokamak
在非均匀磁化等离子体中，不同频率的电子回旋辐射起源于不同的位置。为了从环形等离子体约束装置（例如，托卡马克）的外边缘同时观察多个ECE频率，收集光学器件的焦距应随频率增加，以使沿着磁场梯度的视线上的分辨率最大化。在这里，我们提出了一个分区的超材料透镜的设计和数值研究，这样的特点，可能部署在DIII-D托卡马克的83 - 130 GHz的ECE辐射计。该透镜由一个小型化元件移相器的同心阵列组成。这些从所需的高斯光束腰位置开始进行逆向工程，并进一步优化，以考虑衍射和有限孔径效应，这些效应往往会使腰部发生位移。同时，我们施加了高和均匀的透射率，平均在所有移相器。示出的焦距从1.37米增加到1.97米的频率范围内的利益，如所需的低场DIII-D放电（B =-1.57 T）。将透镜缩回到后退位置相应地刚性地移动腰部，导致在较高场（高达B =-2.00 T）下的EC发射层位置的良好匹配-在瑞利长度的一小部分内。此外，示出了改变透镜孔径可以如何"非刚性地"移动腰部以更好地匹配EC发射层的非刚性移动与磁场。所提出的数值方法是非常普遍的，可以用来工程的任何依赖的焦距上的频率，包括零或最小的色差。
2014-10-13 physics.optics physics.plasm-ph
Development and application of metamaterial-based Half-Wave Plates for the NIKA and NIKA2 polarimeters
在毫米和亚毫米波长下工作的大视场成像/偏振测量仪器是了解磁场（MF）在引导细丝物质进入星前核中的作用的基本工具，为银河系恒星形成区的物理学提供了独特的见解。除其他主题外，在银河系外的规模，活动星系核的偏振观测将使我们能够限制可能的物理条件的发射等离子体从喷流和/或探索超新星遗迹内的尘埃物理。安装在IRAM 30米望远镜上的千像素NIKA 2相机是当今天文学家在260 GHz（1.15 mm）的大视场上同时产生强度/偏振测量图的最佳工具之一。NIKA和NIKA 2中的偏振测量是通过快速调制总入射偏振来实现的。这使得最终能够安全地将小的科学信号与大的、非偏振的和强可变的大气背景隔离开来。方法：通过在光束中插入快速旋转的半波片（HWP）实现偏振调制。为了允许宽视场的观察，板必须是大的，直径超过250 mm。在12 Hz的偏振信号的调制，也需要波片足够轻。此外，这个关键的光学元件必须在传输和差分相移方面表现出最佳的电磁特性。为此，已经开发了三种超材料HWP，使用网状过滤器技术。在开发前两个单波段HWP时获得的知识被用于实现最后一个双波段HWP的更具挑战性的性能要求。第一和第三波片满足NIKA和NIKA 2仪器的要求。结果（节略）
2020-06-22 astro-ph.IM physics.optics
Enhanced deep-tissue photoacoustics by using microcomposites made of radiofrequency metamaterials and soft polymers: Double- and triple-resonance phenomena
光声成像系统提供了一个高分辨率的平台，以探索身体组织，食物和艺术品。另一方面，等离子体激元构成共振加热和热膨胀的源以产生声波。然而，它的相关技术严重局限于激光穿透和非特异性热疗的样品。为了解决这个问题，目前的工作采用了光声的范式转变。通过模拟由随机复合材料制成的微粒，可以使计算的压力类似于或优于经由等离子体光声计算的压力。这种改进是由于一种称为双重或三重共振的现象，即在射频范围内激发一种或两种电和磁等离子体，同时激发粒子的声学模式。由于电磁脉冲被限制在纳秒脉冲宽度和MHz频率，所提出的方法克服了在组织中的渗透性差，并减少了热损伤，从而提供了一种非侵入性的治疗诊断技术。此外，获得的共振压力比传统的光声压持续时间更长，提供了增强检测的中心特征。为了充分理解多共振框架，我们开发了一个完整的光声解决方案。该方法可以为敏感材料和组织的热声成像和操作方法铺平道路。
2022-08-26 physics.app-ph physics.comp-ph physics.med-ph
Broadband High-Temperature Multilayer Pyramid-Shaped Metamaterial Thermal Absorber for Thermophotovoltaic applications
针对热光伏系统对宽带热稳定吸收器的需求，提出偏振无关截断金字塔形MIMI结构超材料吸收器，设计六种结构并优化，W/AlN结构表现出优异的宽带吸收、角度稳定性及热稳定性，为TPV应用提供支撑。
2025-09-23 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Independent Manipulation of Electric and Thermal Fields with Bilayer Structure
近年来，利用相变材料和超材料对各种物理场进行操控的研究越来越受到人们的关注，这需要复杂的结构，并且通常局限于单个场。在这里，我们第一次提出并实验证明了双层结构，以实现同时独立的多物理场（直流电场和热）直接求解直流电/热场方程的操纵。该结构由两层组成：外层由各向同性均质材料制成，内层为扇形层。由于它不是基于TO，它可以很容易地用自然发生的材料实验制造。在实验上，我们设计，制造和表征两种结构同时表现为直流电斗篷/热集中器和直流电集中器/热斗篷，分别。仿真结果与实验结果吻合较好，从而证实了我们的方法的可行性。这项工作为多物理场的操纵提供了一条新的途径，因此可能在各个领域中找到潜在的应用。
2015-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing electric and magnetic vacuum fluctuations with quantum dots
电磁真空场涨落与光的自发发射过程密切相关。原子发射器不能同时探测电场和磁场的涨落，因为电场和磁场的跃迁对应于不同的选择规则。在本文中，我们表明，半导体量子点是从根本上不同的，是能够介导电偶极子，磁偶极子，电四极跃迁上一个单一的电子共振。因此，量子点可以同时探测电场和磁场，因此可以应用于复杂光子纳米结构的电磁环境传感。我们的研究开启了将量子点与光学超材料连接的前景，以在单发射极水平上定制电和磁光物质相互作用。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Hyperbolic phonon-polaritons in boron nitride for near-field optical imaging
超越衍射极限的光学成像是负折射率超材料的主要动机之一，导致了Pendry的完美透镜和更容易实现的超透镜。虽然这些方法提供了亚衍射分辨率，但它们不提供图像放大的机制。双曲（或不确定介电常数）超材料已被理论上考虑和实验证明，同时提供亚衍射成像和放大，但是，他们的困扰与低效率和复杂的制造。在这项工作中，我们提出了近场光学成像的理论和实验研究，通过平板的低损耗，自然的双曲线材料，六方氮化硼（hBN）。这种薄的hBN层表现出波长相关的多功能操作，提供了一个增强的近场成像的单个埋地物体与低至λ/32的分辨率（0.4 μ m在λ = 12.8 μ m），以及能够扩大重建的几何轮廓的研究对象。基于I型双曲型极化激元的体积受限、波长依赖的传播角，可以解释这种高分辨率和多功能操作。我们的研究结果提供了近场成像性能的理解，通过这种自然的双曲介质，以及激发其令人兴奋的潜力，在极端的次衍射尺度的光的引导和传感。
2015-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
