Hyperbolic plasmons on uniaxial metamaterials
我们分析了在半无限各向同性介质和有效单轴材料之间的界面处支持的具有双曲色散的表面电磁波。除了已知的具有双曲线色散曲线的等离子体激元类型外，有时也称为Dyakonov等离子体激元[Z. Jacob和E. E. Narimanov，APL 93，221109（2008）]，我们对具有双曲色散的两种新类型的表面波进行分类。与Dyakonov等离子体激元相反，这种波的一种类型不需要涉及双曲超材料。这些具有TE和TM电磁分量的混合偏振等离子体激元模式是定向的。其传播方向可以通过改变材料参数来控制。
2015-08-03 physics.optics
Multi-spectral near perfect metamaterial absorbers using spatially multiplexed plasmon resonance metal square structures
利用多路复用金属正方形等离子体共振结构，在多光谱波长下实现了近完美的红外线吸收。在两个单独的波长下，在双波段超材料吸收器中观察到超过95%的光功率吸收，并且在三个单独的波长下，在三波段超材料吸收器中观察到超过92.5%的光功率吸收。峰值吸收波长主要由多路复用结构中的金属正方形的尺寸确定。在峰值吸收波长处计算了介质间隔层中间的电场分布。结果表明，强的光吸收对应于超材料结构中的局部四极等离子体共振模式。
2013-01-30 physics.optics
Design of double-negative metamaterials using single-layer plasmonic structures
提出了一种光频双负超材料（DMN）的设计方案，其中的单胞由单层等离子体包体构成。通过在夹杂物上引入一些适当布置的阶梯调制，材料的有效介电常数和磁导率可以由于高阶多极等离子体（静电）共振的激发而同时变为负。该方法为以极大的工程简单性构建低损耗光学DNM提供了可能性。
2008-09-15 physics.optics
Fractal plasmonic metamaterials for subwavelength imaging
我们发现，一个金属板与分形形状的狭缝可以均匀化的等离子体超材料与等离子体频率决定的分形几何。由于分形图案的全维亚波长性质，我们的系统支持横电和横磁表面等离子体。因此，这种结构可以用于聚焦具有全维亚波长分辨率和增强的场强的光源。微波实验表明，最佳可实现的分辨率只有，模拟表明，类似的效果可以实现在红外频率与适当的设计。
2009-08-26 physics.optics
Replacing Noble Metals with Alternative Materials in Plasmonics and Metamaterials: how good an idea?
目前在等离子体激元和超材料领域占主导地位的贵金属遭受大的欧姆损失。新的等离子体材料，如掺杂的氧化物和氮化物，具有更小的材料损耗，并且使用它们代替金属具有降低损耗的等离子体和超材料结构的希望，具有更尖锐的共振和更高的场集中。这一承诺是把一个严格的分析测试，在这项工作中，它揭示了具有低的材料损耗是不够的，有一个减少的模式损耗等离子体结构。为了减少模态损耗，绝对需要等离子体频率显著高于工作频率。使用纳米粒子等离子体和间隙等离子体的例子，人们得出的结论是，即使在中红外光谱中，金属仍然比替代介质具有优势。新材料仍然可以找到高吸收损失是有益的应用利基，例如在医学和热光化学中。
2016-08-28 physics.optics
Wide-angle infrared absorber based on negative index plasmonic metamaterial
描述了一种基于超材料的红外辐射广角吸收器的制造方法。该技术基于各向异性的完美阻抗匹配负折射率材料（PIMNIM）。分析表明，在所有三个维度PIMNIM的子波长使吸收接近100%的入射角高达$45°$的法线。提出了基于等离子体超材料的这种频率可调谐PIMNIM的具体实现。介绍了在红外成像和相干热源中的应用。
2009-01-13 physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 physics.optics
Surface Plasmon Polaritons Sustained at the Interface of a Nonlocal Metamaterial
研究具有特定本构关系的异向材料所具有的基本物理效应是一个有着悠久传统的研究课题。除了智力好奇心，它的重要性还来自于预测可观察现象的能力，如果用实际的超材料发现这些现象，就可以清楚地表明其性质。在这里，我们考虑一个非局部（强空间色散），有损耗，各向同性的超材料和研究的非局部性的表面等离子体激元的色散关系的影响持续在真空和这样的超材料之间的接口。为此，计算了菲涅耳系数，并提出了合适的表面等离子体激元存在条件。关于实验观察到的反射从一个受抑的内反射几何形状的预测正在进行。观察到TE和TM偏振的不同行为。我们的工作解锁了新的机会，以寻求与现在的超材料的实验中的非定域性的痕迹。
2018-04-17 physics.optics
Plasmonic and Metamaterial Structures as Electromagnetic Absorbers
电磁吸振器在许多领域受到越来越多的关注。一系列的等离子体和超材料结构可以作为有效的窄带吸收器，由于激发等离子体或光子共振，提供了一个巨大的潜力，在设计选择性的热发射器，生物传感等应用在其他应用，如太阳能收获和光子检测，光吸收器的带宽要求是相当宽的。在这样的背景下，人们提出了多种宽带/多带吸收机制，如多共振混合、激发相位共振、利用各向异性材料减慢光的传播速度、采用高损耗材料等。
2014-04-23 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
Hyperbolic metamaterial as a tunable near-field spatial filter for the implementation of the active plasmon injection loss compensation scheme
我们提出了如何物理实现的辅助源中描述的最近推出的主动等离子体激元注入损耗补偿方案增强近场超透镜。特别是，我们表明，在主动等离子体激元注入方案中描述的辅助源的特性，包括可调谐窄带和选择性放大，通过卷积可以实现通过使用双曲超材料作为近场空间滤波器。除了损失补偿，建议的近场空间滤波器可以用于实时高分辨率边缘检测。
2017-10-26 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
Control of the surface plasmon dispersion and Purcell effect at the metamaterial-dielectric interface
研究了在金属-介质结构中使用超材料作为减轻金属吸收对Purcell效应的负面影响的方法。层状金属-介质结构在长波长范围内被视为各向异性介质。出现在这样的结构和不同的介电材料之间的边界处的表面等离子体激元的色散，以及在局部态密度的峰值的位置进行了研究的各种组合的材料和填充因子的周期性结构。Purcell因子的计算频率依赖性表明，与传统的等离子体结构相比，峰值增加。
2020-03-13 physics.optics
Space-Time Metamaterials
尽管经过十多年的积极研究，材料损耗的基本问题仍然是实现最近出现的超材料和等离子体领域带来革命性实际应用的承诺的主要障碍。在目前的工作中，我们证明了强材料吸收的问题，这是固有的等离子体系统和超材料的等离子体成分的基础上，可以通过利用时间维度来解决。通过将脉冲轮廓与有损超材料的实际响应相匹配，这种方法允许抵消材料吸收的影响。相应解的存在依赖于因果关系的基本性质，即通过Kramers-Kronig关系将介质中的吸收与材料引入的频率相关时间延迟的变化联系起来。我们表明，所提出的时空方法可以应用于广泛的超材料和等离子体系统，从双曲介质到金属光学和新的等离子体材料。
2018-01-16 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
Surface plasmon driven scalable low-loss negative-index metamaterials at visible spectrum
我们证明了薄金属膜的表面等离子体激元与其周围的纳米结构的周期性阵列相互作用，可以利用在可见光谱，同时具有负的介电常数和磁导率的大块负折射率超材料。这些表面等离子体激元驱动的超材料具有高的品质因数，并且可以被任意调谐以在可见光谱中的任何波长下并且可能在紫外光谱下操作。我们用数值方法证明了这一想法的超材料结构，表现出强磁响应，导致在绿色区域的电磁波谱在536 nm的负折射率与3.67的品质因数。我们还表明，通过简单地改变构成材料，因此通过修改下面的表面等离子体激元色散，该结构的工作波长可以蓝移到紫色区域在406 nm的品质因数为2.27。与基于渔网结构的可见超材料方法相比，我们提出的方法提供了一种频率更可扩展的方式，可以在可见光和可能的紫外波长下实现负折射率，并具有高品质因数。
2011-11-15 physics.optics
Magneto-optical response in bimetallic metamaterials
我们证明了共振法拉第极化旋转等离子体阵列的纳米环谐振器组成的Au和Ni部分。这种超材料设计允许优化磁光效应的增强和等离子体激元耗散之间的权衡。尽管Ni部分对应于超材料的总表面的约6%，但所产生的磁光诱导的偏振旋转等于连续膜的偏振旋转。这种超材料可用于紧凑型磁传感器、有源等离子体元件和集成光子电路。
2016-03-28 physics.optics
Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium
表面等离子体激元（SPPs）激光需要粒子数反转，效率低，光谱特性差。我们开发了一种无反转的量子等离子体波导的概念，利用单向超辐射SPP发射的辐射产生强烈的相干表面等离子体光束。我们的方案包括一个共振驱动的冷原子介质在无损介质位于超低损耗负折射率超材料~（NIMM）层。我们提出在原子介质和NIMM层界面内产生等离子体场的单向超辐射，并通过引入超辐射SPP波和耦合激光场之间的相位匹配来实现放大的SPP。我们还建立了弱调制等离子体激元场和原子系综的集体振荡之间的参数共振，从而抑制稳定放大的定向极化激元模式的退相干。我们的方法结合了原子介质的量子增益，得到了超辐射SPP波相干放大的充分条件，并将此方法应用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导配置作为一个表面等离子体激元激光器和量子等离子体激元晶体管，并打开了前景，设计可控的纳米尺度激光器的量子和纳米光子应用。
2020-10-15 physics.optics
Modulating light with light via giant nano-opto-mechanical nonlinearity of plasmonic metamaterial
从1926年Vavilow和Levshin对可饱和吸收的演示开始，随着激光器的发明，强非线性材料的不可用性成为发展光学信号处理的关键障碍，特别是在透明电信网络中。今天，最先进的光子开关材料利用半导体中的增益动力学和近带和激子效应，有机介质中的非线性与弱局域电子和非线性通过与超材料杂交而增强。在这里，我们报告一种新型的人工非线性，是纳米光机械的性质。它是在由柔性纳米膜支撑的等离子体元分子的人造超材料阵列中观察到的。在这里，非线性是由光引起的结构的可逆重构所支撑的。在一个只有100纳米厚的薄膜中，我们用毫瓦功率的电信二极管激光器演示了光与光的调制。
2015-06-18 physics.optics
Dynamic Multiple Nanoparticle Trapping using Metamaterial Plasmonic Tweezers
光学操纵由于其通用性和非侵入性而引起了人们极大的兴趣。然而，传统的光学陷阱仍然效率低下的纳米世界。近年来，等离子体激元的出现在克服衍射限制和对高捕获激光功率的要求方面带来了革命性的变化。在基于近场光阱腔的系统中，Fano共振光镊具有强大的捕获能力。在这项工作中，我们实验证明顺序捕获20纳米粒子通过使用超材料等离子体光镊。我们调查的多重捕获通过陷阱刚度测量在低和高入射激光强度的各种捕获位置。我们的配置可以被用来作为一个光驱动的纳米级分选装置在低激光激发。我们的研究结果提供了一种在不同热点捕获多个纳米颗粒的替代方法，从而实现了在纳米尺度上控制质量传输的新方法。
2020-10-12 physics.optics
Plasmonic metamaterial cloaking at optical frequencies
在本文中，我们提出了在可见光频率工作的圆柱形和球形电磁斗篷的设计。斗篷的设计是基于使用由交替的等离子体和非等离子体材料组成的分层结构，并在光学频率下表现出有效的ε近零材料的集体行为。首先设计了一种圆柱形隐身衣，用于隐藏圆柱形目标。提出了两种可供选择的布局，并考虑了磁性和非磁性物体。最后，介绍了球形隐身衣的设计。整个文件中提出的全波模拟证实了所提出的设置的有效性，并显示如何使用这种技术来减少圆柱形和球形物体的可观测性。损失的影响也被考虑在内。
2008-07-30 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
Broadband enhanced chirality with tunable response in hybrid plasmonic helical metamaterials
设计宽带增强的手性对于新兴的手性化学和传感领域，或者在最近引入的纳米光子手性量子和经典光学应用中控制光子的自旋轨道动量具有强烈的兴趣。然而，手征光-物质相互作用具有极其微弱的性质，难以控制和增强，并且不能调谐或宽带化。此外，在技术上重要的可见光到紫外光谱处实现强、宽带和可调谐手性的平面双纳米光子结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们解决这些重要的问题，通过实验证明和理论验证光谱可调，极大的，和宽带手旋光响应的纳米螺旋超材料。报道的全介电和介电-金属（混合）等离子体超材料的新设计允许通过大规模纳米光子结构实现有史以来最大和最宽的测量手性库恩不对称因子。此外，所提出的自下而上制造的光学超材料的强圆二色性可以通过改变它们的尺寸和它们的电介质和等离子体螺旋子部分之间的比例来调谐。目前展示的超材料有望为手光学领域的发展提供实质性的推动，从而在纳米尺度上显著增强和宽带手征光-物质相互作用。
2021-01-28 physics.optics
Observation of optical gyromagnetic properties in a magneto-plasmonic metamaterial
具有人工光学特性的异向材料引起了人们极大的研究兴趣。特别地，已经报道了在超材料中在光学频率处的非单位磁导率张量中的人工磁共振。然而，只有非统一的渗透率张量的对角元素已被证明到目前为止。在光学频率下没有观察到非零非对角元的旋磁磁导率张量。在这里，我们报告的磁等离子体超材料在近红外波长范围内的旋磁特性的观察。非零的非对角磁导率张量元素导致横向磁光克尔效应（TMOKE）下的s偏振入射，否则消失，如果磁导率张量不是旋磁。通过从反射、透射和TMOKE谱中提取磁导率张量元，我们发现在共振波长（~900 nm）处，开口环共振器的有效非对角磁导率张量元达到10-3水平，比磁光材料在相同波长处的有效非对角磁导率张量元高出至少两个数量级.人工旋磁导磁率是由于开口环谐振器调制的局部电场方向的变化。我们的研究表明，工程的磁导率和介电常数张量在任意频率的超材料的可能性，从而有希望的各种应用的下一代非互易光子器件，磁等离子传感器和有源超材料。
2021-10-12 physics.optics
Analytic theory of optical nano-plasmonic metamaterials
纳米制造技术的最新进展允许制造光学超材料，将其独特和非凡的特性带到可见光区及更远的地方。然而，由于金属的特征光学行为，光学纳米等离子体超材料的分析描述是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个分析理论，允许建立微波超材料模型的光波长。这种方法是实现纳米尺度的等离子体金属丝网和三螺旋超材料，我们得到一个准确的预测其色散行为在光学和近红外波长。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Active control of broadband plasmon-induced transparency in terahertz hybrid metal-graphene metamaterial
报道了一种金属-石墨烯混合超材料（MM），用于实现THz波段宽带等离子体激元诱导透明（PIT）的主动控制。单胞由一根切割线（CW）、四个U形谐振器（USR）和USR下的单层石墨烯片组成。通过近场耦合，可以通过不同模式之间的干涉产生宽带PIT。基于石墨烯位置的不同排列，不仅可以实现宽带PIT幅度的电开关，还可以实现透明窗口带宽的调制。同时，慢光的能力和范围都可以动态地调节。这项工作提供了更多的自由度来操纵PIT的方案，这将在多功能THz调制中找到重要的应用。
2018-06-01 physics.optics
Magnetic plasmonic Metamaterials in actively pumped Host Medium and Plasmonic Nanolaser
我们认为等离子体纳米天线沉浸在活跃的主机介质。特定形状的金属纳米天线由于磁等离子体共振（MPR）的激发而在光谱范围内表现出强磁性。一种情况下，当超材料包括这样的纳米天线可以证明“左手”和负磁导率在光学范围内被认为是。我们表明，高损耗预测的光学“左手”材料可以补偿增益介质。在这种磁活性超材料中实现本地生成所需的增益计算真实的金属。我们提出了等离子体纳米激光器，其中金属纳米天线像谐振器一样工作。所提出的等离子体激元激光器的尺寸比波长小得多。因此，它可以作为一个非常紧凑的电磁辐射源。
2006-11-14 physics.atom-ph physics.optics
Distillation of photon entanglement using a plasmonic metamaterial
等离子体激元学是一种新兴的量子态工程平台，具有构建超紧凑和混合光电子器件的潜力。最近的实验表明，尽管存在退相干和损耗，光子统计和纠缠可以在单等离子体系统中保持。这种保持能力应该延续到等离子体超材料，其特性是许多单独的等离子体系统共同作用的结果，并且可以用于设计光的光学状态。在这里，我们报告了使用超材料的量子态过滤（也称为纠缠蒸馏）的实验演示。我们表明，超材料可以用于从纠缠度较低的状态中提取高度纠缠的状态。由于超材料可以与其他光学元件集成，这项工作开辟了将等离子体超材料纳入片上量子态工程任务的可能性。
2015-07-28 physics.optics quant-ph
Circular Dichroism Enhancement in Plasmonic Nanorod Metamaterials
旋光性是源于晶体和分子的手性性质的基本现象。虽然普通手性材料对圆偏振光的固有手性响应相对较弱，但它们可以通过专门定制的纳米结构来增强。在这里，纳米棒超材料，包括一个密集的阵列的垂直排列的金纳米棒，显示提供显着增强的圆二色性响应的嵌入式材料。纳米棒复合材料，作为一个人工单轴晶体，充满了手性硫化汞纳米晶体嵌入在透明聚合物。基于纳米棒的超材料是固有的非手性的，使得光学活性增强或抑制成为可能。固有的非手性结构的独特性质，以定制光学活性铺平了道路，灵活的表征分子和纳米晶体基化合物的光学活性。
2018-01-11 physics.optics
Second-Harmonic Generation of Spoof Surface Plasmon Polaritons Using Nonlinear Plasmonic Metamaterials
二次谐波产生是非线性效应的重要应用之一，在过去的几十年里引起了非线性光学和微波领域的极大兴趣。然而，据我们所知，产生表面等离子体激元（SPPs）的二次谐波还没有报道。在这里，我们提出了在微波频率下使用亚波长尺度的非线性有源器件集成在专门设计的等离子体波导，这是由两个双波纹金属条印刷在一个薄的介质板的顶部和底部表面反对称的高效率的欺骗SPP的二次谐波。我们发现，等离子体激元波导支持具有强亚波长效应的欺骗SPP的宽带传输，其色散特性可以通过改变几何参数来控制。通过将半导体材料制成的非线性器件加载到两个等离子体激元波导的交叉点上，实验证明了在宽频带内产生二次谐波等离子体激元的有效性.所提出的二次谐波发生器可以直接用作SPP倍频器，并且所提出的方法可以扩展到实现高次谐波和产生SPP混频器，这是SPP集成电路和系统所必需的。
2015-05-13 physics.optics
Toy model for plasmonic metamaterial resonances coupled to two-level system gain
我们提出，解决，并讨论了一个简单的模型的超材料纳入光学增益：一个单一的玻色子共振耦合到一个费米子（倒）两级系统共振通过本地场的相互作用。对于给定的稳态反演，该模型可以解析求解，揭示了丰富的各种各样的（法诺）吸收/增益线型。我们还给出了一个解析表达式的固定反转所产生的增益钉扎在稳态条件下。此外，“激光SPASER”的动态响应，即，它的弛豫振荡，可以通过简单的数值计算在同一模型内获得。因此，这个玩具模型可以被看作是通常的激光速率方程的近场光学对应。
2008-09-04 physics.optics
Theory of fishnet negative-index optical metamaterials
我们从理论上研究了渔网超材料在光频。在早期的作品相比，我们提供了一个微观的描述，通过跟踪的横向和纵向流动的能量通过交叉的亚波长等离子体激元波导组成的渔网网格。分析是由一个半解析模型的基础上表面等离子体耦合模方程，它提供了准确的公式渔网折射率，包括实负和虚部。该模型简单地解释了表面等离子体激元如何在波导交叉点处耦合，并在光频下对渔网负折射率范例进行了新的解释。扩展的理论与增益介质的损耗补偿的异向介质。
2011-05-17 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
High-order virtual gain for optical loss compensation in plasmonic metamaterials
针对复频率波在极端损耗下信号迅速衰减至零的问题，提出高阶虚增益合成波方法，在保持损耗补偿效率的同时减缓衰减速率，在等离子体共振系统中实现20倍噪声抑制，广泛适用于成像、生物传感和集成光子信号处理。
2025-05-28 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Graphene and active metamaterials: theoretical methods and physical properties
长期以来，光与物质的相互作用引起了科学家们的兴趣。在这种背景下，等离子体激元领域通过光与金属中价电子的相互作用而出现。在长波长极限的随机相位近似用于分析研究三维金属中的等离子体激元，在二维电子气，最后在最著名的二维半金属，即石墨烯。我们发现，在体金属以及在一个二维的电子气中的等离子体激元起源于经典的法律，而量子效应出现的非局部修正。另一方面，石墨烯等离子体是纯粹的量子模式，因此它们不会存在于“经典世界”中。此外，在某些情况下，光能够与金属表面上的等离子体激元耦合，形成表面等离子体激元，由于其亚波长性质，这在纳米等离子体激元中非常重要。此外，我们概述了两个应用程序，完成我们的理论研究。首先，我们研究了增益（有源）的存在如何影响表面等离子体极化激元的性质，我们发现，有一个增益值的金属损失被完全消除，导致无损等离子体传播。其次，我们将石墨烯单层以周期性顺序组合，并构建了一种等离子体超材料，该材料提供可调的波传播特性，例如ε近零行为，正常和负折射。
2017-04-06 physics.optics
Universal behavior of dispersive Dirac cone in gradient-index plasmonic metamaterials
我们证明了解析和数值模拟的色散狄拉克锥模拟的ε近零（ENZ）的行为是一个家庭内的等离子体激元晶体的二维（2D）金属的普遍属性。我们的出发点是一个周期性阵列的二维金属片嵌入在一个不均匀和各向异性的介电主机，允许传播的横磁（TM）极化波。通过调用一个系统的分歧参数任意介电配置文件在一个空间维度上，我们展示了如何TM布洛赫波经历一个有效的介电函数，平均出微观细节的主机介质。当金属片的电导率和阵列的周期满足ENZ行为的临界条件时，相应的有效色散关系简化为狄拉克锥。我们的分析结果与数值模拟非常吻合。
2018-01-12 physics.optics
Theory of Linear Chains of Metamaterial/Plasmonic Particles as Sub-Diffraction Optical Nanotransmission Lines
在这里，我们讨论的理论和详细分析的引导性能的线性阵列的超材料/等离子体小颗粒作为纳米尺度的光学纳米传输线，包括材料损耗的影响。在偶极近似的假设下，每个粒子，这是准确的在这里感兴趣的几何形状，我们开发封闭形式的本征模色散在这样的阵列的解析表达式。在考虑材料损耗的情况下，通过研究色散关系的性质，解析地导出了最小吸收和最大带宽的条件。数值例子与现实的材料，包括其欧姆吸收和频率色散。这里讨论的分析性质也提供了一些进一步的物理见解的机制，在这种阵列的子衍射指导和他们的基本物理限制。讨论了引导光束具有亚波长横向限制和合理的低衰减的可能性，提供了在微波、红外和光学频率下使用这种技术的可能性。本文从纳米电路概念的角度对这些结果进行了解释，并预见了可能扩展到2-D和3-D纳米传输线光学超材料。
2006-09-08 physics.optics
Towards loss compensated and lasing terahertz metamaterials based on optically pumped graphene
数值计算表明，光泵石墨烯适合于补偿太赫兹（THz）超材料的固有损耗。第一步，计算了光泵浦下石墨烯的复电导率，确定了单层石墨烯中太赫兹放大的合适条件。它示出，在石墨烯中发生放大的温度高达室温和中等泵浦强度时，在电信波长$λ=1.5~\mathrm{μm}$泵浦。此外，石墨烯的放大性能进行了评估和讨论，在温度低至$T=77~\mathrm{K}$和泵浦强度$I=300~\mathrm{mW/mm^2}$调查石墨烯和等离子体裂环谐振器（SRR）超材料之间的耦合。欧姆和介质损耗机制的贡献进行了研究，通过全波模拟。结果发现，开口环谐振器超材料的损耗可以通过石墨烯中的光受激放大来补偿。此外，它表明，由非对称开口环谐振器和光泵石墨烯组成的混合材料可以超过激光阈值条件，并可以发出相干太赫兹辐射在最小输出功率水平的$6 0~\mathrm{nW/mm^2}$。光泵石墨烯的使用非常适合于太赫兹超材料的损耗补偿，并为新型相干太赫兹源铺平了道路。
2013-12-10 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
Generation of photon-plasmon quantum states in nonlinear hyperbolic metamaterials
我们通过非线性等离子体和超材料纳米结构中的自发波混合开发了集成成对光子等离子体激元产生的一般理论框架，通过电磁格林函数严格解释了量子机制中的材料色散和损耗。我们在具有70%内部量子效率的层状金属-介质结构中发现了光子-等离子体激元关联，并揭示了双曲型超材料中由于拓扑转变而导致的宽带产生增强的新机制。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
An ultrasensitive and multispectral refractive index sensor design based on quad-supercell metamaterials
等离子体超材料支持局域表面等离子体共振（LSPR），其对介电环境的变化敏感并且对于超灵敏的生化传感是非常期望的。在这项工作中，提出了一种新的设计的超元胞超材料的四个相互旋转的开口环谐振器（SRR），其中奇（N=1和N = 3）和偶（N=2）的谐振模式的同时激发实现由于额外的不对称性从旋转和显示不敏感的两个正交的偏振。充分利用这三个共振谷，为多光谱应用展示了光明的前景。作为折射率（RI）传感器，在近红外（NIR）光谱中，LC模式（N=1）的折射率灵敏度约为1000 nm/RIU，等离子体模式（N=2）的折射率灵敏度约为500 nm/RIU。
2016-05-30 physics.optics
A copper negative index metamaterial in the visible / near-infrared
我们提出了一种在可见光/近红外波长具有负折射率的等离子体铜超材料的设计。利用数值模拟，我们证明了负折射的铜超材料棱镜，并执行参数提取技术，以验证的有效，介电常数和磁导率的符号。我们提出的设计具有与在可见光/近红外范围内工作的类似银基超材料相当的品质因数。这些发现对可见/近红外低成本等离子体激元器件和负折射率超材料的设计具有重要意义。
2011-08-22 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials and Coupled Surface Plasmon Polaritons: comparative analysis
本文采用Kronig Penney（KP）模型研究了亚波长金属/介质层状结构（又称双曲型超材料）的光学特性。我们发现，双曲Issues表面存在的所有组合层的折射率和厚度，和最大的Purcell增强（PE）的自发辐射实现远离名义上的双曲区域。通过对金属/介质波导中的Hsps和表面等离子体激元（SPPs）导模的场分布、色散曲线和Purcell因子（PF）的详细比较，表明Hsps是弱耦合的间隙或平板SPPs模。宽带PE并不特定于阻碍，并且可以在单个薄金属层中容易地获得。此外，大的波矢和PE总是与高损耗、短的传播距离和大的阻抗相结合;因此，HPLC-PE本质上是能量直接耦合到金属中的自由电子运动中，或辐射寿命的猝灭。PE在Hyndrome是不相关的双曲性本身，但仅仅是在金属或极性介质中的介电常数的强色散的结果，因为我们的结论是相关的也发生在自然界中的红外Hyndrome。当涉及到辐射过程和场浓度的增强时，阻碍并不比更简单的等离子体结构优越。
2016-09-08 physics.optics
Observation of plasmon-phonons in a metamaterial superconductor using inelastic neutron scattering
超材料方法能够大幅提高复合金属-介电超导体的临界温度Tc。在体相Al-Al_2 O_3核壳超材料中观察到Tc的三倍。麦克斯韦-加内特近似的基础上的理论模型提供了一个微观的解释，这种效果的电子-电子配对介导的混合等离子体-声子激发。我们报告的第一次观察到这种激发在铝-氧化铝核-壳超材料使用非弹性中子散射。这一结果为超材料中超导性的新机制提供了支持，并解释了颗粒铝膜中Tc增强的50年之谜。
2019-07-09 cond-mat.supr-con physics.optics
Low-frequency surface plasmon excitations in multicoaxial negative-index metamaterial cables
利用一种简洁的响应函数理论，研究了由负折射率异向介质构成的多同轴圆柱电缆中的表面等离子体激元激发.具有{ \em色散}超材料组件的多同轴电缆表现出相当丰富（且复杂）的等离子体激元谱，其中每个接口支持两种模式：一种TM和另一种TE，用于（贝塞尔函数的整数阶）$m \ne 0$。具有{ \em非色散}超材料组件的电缆具有不同的特性：它们在整个传播矢量范围内不同时支持TM和TE模式。计算出的局部和总的态密度使我们能够证实光谱中模式的空间位置。这里所研究的准一维系统应该被证明是新兴的光电子学和电信系统的里程碑。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlocal Optics of Plasmonic Nanowire Metamaterials
我们提出了一个分析描述的非局部光学响应的等离子体纳米线超材料，使负折射，亚波长光操纵，和发射寿命工程。我们表明，在纳米线介质中传播的光波的色散的结果从横向和纵向电磁模式的耦合支持的复合材料，并推导出这种色散的非局部有效介质近似。我们推导出的轮廓的电场的单位细胞，并使用这些表达式来解决长期存在的问题的附加边界条件的计算波的透射和反射的非局部纳米线介质。我们验证我们的分析结果与数值解麦克斯韦方程组和讨论推广的发展形式主义其他单轴超材料。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum optical effective-medium theory for loss-compensated metamaterials
超材料研究的中心目标是设计亚波长单位单元，其产生所需的有效介质特性和参数，例如负折射率。理想情况下，我们可以忽略晶胞的细节，而采用有效描述。一种流行的策略，以弥补不可避免的损失，在金属部件的超材料是添加光学增益材料。在这里，我们研究了这种损耗补偿的超材料的量子光学频率，有效参数可以明确地确定。我们证明了通常的有效参数不足以描述光的量子态的传播。此外，我们提出了量子光学有效介质理论，并表明它正确地预测了从损耗补偿超材料中出现的光的性质。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical Magnetism in Planar Metamaterial Heterostructures
利用人工光学磁性需要相当复杂的二维和三维结构，例如分裂环和渔网超材料以及具有非平凡磁性的纳米颗粒。相比之下，即使在平面和无图案的一维（1D）布置中，例如金属/电介质多层超材料，也可以定制介电性质。这些系统由于其双曲线和等离子体响应而被广泛研究，然而，基于它们不具有有趣的磁性的普遍共识，这被认为仅限于TM偏振。在这项工作中，我们同时解决这两个看似无关的问题，通过概念性地提出并实验性地证明平面一维超材料中的人工磁性机制。我们的实验表明，金属/高折射率介电双曲超材料的磁响应可以是各向异性的，导致磁双曲色散的频率制度。我们调查我们的结果TE极化的影响，并表明，这样的系统可以支持TE界面结合态，类似于他们的TM同行，表面等离子体激元。我们的研究结果简化了结构的复杂性定制人工磁性光刻免费系统和推广的概念，等离子体和双曲性质，包括TE和TM偏振在光频率。
2017-05-06 physics.optics
Linear and Nonlinear Fano Resonance on two-dimensional Magnetic Metamaterials
我们证明了线性和非线性Fano共振都可以在二维磁性超材料上实现。Fano共振来自局域磁等离子体共振和传播的表面等离子体激元之间的干涉。当研究超材料结构的线性光学响应时，在椭圆偏振光谱中观察到这种干涉现象。通过对磁性超材料器件的几何参数进行微调，将非线性Fano响应调谐到飞秒泵浦激光的近红外波长（1.61-1.8 μm），发现了三次谐波的Fano型调制，并与我们的理论模型相吻合。
2012-01-05 physics.optics
Terahertz volume plasmon-polariton modulation in all-dielectric hyperbolic metamaterials
Duke University（杜克大学）；Center for Extreme Materials, Duke University（杜克大学极端材料中心）
本文研究了全介质双曲超材料中通过掺杂和几何参数调控太赫兹高k等离子体极化激元模式的方法与机制。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Semiconductors for Plasmonics and Metamaterials
等离子体通常属于金属光学领域。然而，作为近红外（NIR）和可见光谱范围内的等离子体激元元素的常规金属遭受诸如大损耗和与半导体技术不兼容的问题。用半导体代替金属可以缓解这些问题，只要半导体可以表现出负的实介电常数。掺铝氧化锌（AZO）是一种在近红外波段具有负实介电常数的低损耗半导体材料。基于AZO的等离子体激元器件（诸如超透镜和超透镜）与它们的基于金属的对应物的比较评估显示，基于AZO的器件在1.55 μ m的波长处显著优于。这提供了在电信波长处转向半导体等离子体激元的强烈刺激。
2011-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gain and plasmon dynamics in negative-index metamaterials
光子超材料允许一系列令人兴奋的应用无法实现与普通的光子晶体。然而，它们的元原子的金属性质可能导致增加的光学损耗。增益增强超材料是解决这个问题的一个潜在方案，但现实的三维设计的概念是一个具有挑战性的任务。从基本的电动力学和量子力学方程出发，我们建立并部署了一个严格的理论模型，用于光波与金属（纳米）结构和增益介质内部和周围的自由和束缚电子的空间和时间相互作用。导出的数值框架使我们能够自洽地研究相干等离子体增益相互作用，非线性饱和，场增强，辐射阻尼和空间色散的动力学和影响。利用数值泵浦-探测实验，我们研究了具有染料分子夹杂物的双鱼网超材料结构的反转轮廓的建立和低Q腔中等离子体激元模式的形成。我们发现，全损耗补偿发生在一个政权的超材料的有效折射率的实部变得更负相比，被动的情况下。我们的研究结果提供了一个深刻的洞察内部过程如何影响的整体光学性能的有源光子超材料培育新的方法来设计的实际损失补偿等离子体纳米结构。
2011-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
