Full three-dimensonal reconstruction of the dyadic Green tensor from electron energy loss spectroscopy of plasmonic nanoparticles
电子能量损失谱（EELS）已成为研究等离子体纳米粒子的有力工具，但解释EELS结果的光学量，如光子局域态密度，仍然具有挑战性。最近的工作表明，在限制性的假设下，包括准静态近似的适用性和由单一模式支配的等离子体响应，可以将EELS重新表述为用于重建等离子体本征模的断层扫描方案。在本文中，我们解除这些限制，制定EELS作为一个反问题，并表明，完整的并矢格林张量可以重建任意形状的等离子体粒子。我们的方法的关键步骤是一个通用的奇异值分解的并矢格林张量和压缩感知优化的膨胀系数的确定。我们证明了我们的原型纳米棒，蝴蝶结，立方体几何形状的计划的适用性。
2015-09-07 cond-mat.mes-hall
Giant magnetoresistance in semiconductor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles
本文研究了SiO ${}_2$（Co）/GaAs和SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构中的电子输运，其中SiO ${}_2$（Co）结构是含有Co纳米颗粒的颗粒状SiO ${}_2$薄膜.在SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结中观察到巨磁电阻效应。当电子从颗粒膜注入到GaAs半导体中时，该效应具有正值，并且具有温度峰型特征。该效应的温度位置取决于Co浓度，并且可以通过所施加的电场而移位。对于SiO_2 ${}_2$（Co）/GaAs异质结，掺杂浓度为71 at.% Co的磁电阻在室温下达到1000（$10^5$ %）。相反，对于SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构，磁电阻值很小（4%），而对于SiO ${}_2$（Co）薄膜，磁电阻值则相反。SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结构中的高磁电阻效应是由磁场控制的碰撞电离过程在界面附近的半导体中形成的自旋相关势垒附近解释的。通过势垒并触发雪崩过程的电子的动能被施加的磁场减小。这种电子能量的抑制推迟了碰撞电离的开始，以更高的电场和巨磁电阻的结果。自旋相关势垒是由于半导体中积累电子层中的电子与Co的$d$ -电子之间的交换相互作用。
2009-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Chern Numbers for Spin Models of Transition Metal Nanomagnets
我们认为，铁磁过渡金属纳米粒子少于约100个原子可以描述一个有效的哈密顿与一个单一的巨大的自旋自由度。有效哈密顿量的总自旋$S$由表征纳米颗粒的多电子波函数对磁化方向的拓扑非平凡依赖性的Berry曲率陈数指定。Berry曲率和相关的陈数对纳米颗粒中的自旋-轨道耦合具有复杂的依赖性，并影响描述磁化取向动力学的半经典Landau-Liftshitz方程。
2003-03-26 cond-mat.mes-hall
Observation of shell effects in superconducting nanoparticles of Sn
在零维超导体中，量子尺寸效应（QSE）不仅限制了超导性，而且也是新现象的核心，如壳效应，已被预测会导致超导能隙的大幅增强。在这里，我们实验证明这些QSE通过测量单个，孤立的铅和锡纳米粒子。在这两个系统中，超导性最终在由序参量的量子涨落主导的尺寸上被淬灭。然而，在破坏超导性之前，在Sn纳米颗粒中，我们观察到超导能隙中的巨大振荡，其颗粒尺寸导致增强高达60%。这些振荡是纳米超导体中相干壳效应的第一个实验证明。首先，我们没有观察到这种振荡的间隙铅纳米粒子，这是由于较短的相干长度的壳效应的抑制。我们的研究为利用QSE提高低维系统的超导性铺平了道路。
2010-12-07 cond-mat.mes-hall
Giant mid-IR resonant coupling to molecular vibrations in sub-nm gaps of plasmonic multilayer metafilms
能够限制光的纳米材料对于增强光谱学例如拉曼散射、红外吸收和非线性光学过程是期望的。等离子体超晶格已经显示出在中红外线中承载集体共振的能力，但需要严格的制造工艺来创建良好有序的结构。在这里，我们演示了如何短程有序的金纳米粒子多层镜，自组装的亚纳米分子间隔，支持集体等离子体极化激元共振在可见光和红外线，连续可调超过11 $μ$ m通过简单地改变纳米粒子的大小和层数。由此产生的分子等离子体激元系统接近振动强耦合，并显示巨大的Fano倾角强度，SEIRA增强因子~10 $^6$，轻物质耦合强度g~100 cm $^{-1}$，Purcell因子~10 $^6$，模体积压缩因子~10 $^8$。集体等离子体激元极化激元模式对纳米颗粒空位无序是高度鲁棒的，并且通过由分子间隔物限定的一致的间隙尺寸来维持。结构无序有效地将光耦合到多层膜和镜子之间的间隙中，从而实现亚皮升样品体积的拉曼和红外传感。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Role of dipole-dipole interactions in multiple quantum transitions in magnetic nanoparticles
为了更好地理解在超顺磁性纳米颗粒中观察到的多个量子跃迁的起源，已经对组装在阳极氧化铝膜内的氧化铁纳米颗粒进行了电子磁共振（EMR）研究。在半场观察到的主共振和“禁戒”（双量子，2 Q）跃迁的位置证明了与线位移成比例的特征角依赖性3cos 2 q-1，其中q是通道轴和外部磁场B之间的角度。这一结果可归因于通道内细长聚集体内的粒子间偶极-偶极相互作用。的2 Q强度的角度依赖性被发现是成比例的sin 2 qcos 2 q，这是与量子力学计算的预测与帐户的混合状态的非长期粒子间偶极-偶极相互作用。不同种类的测量（磁化曲线，线位移和2 Q强度）之间表现出良好的一致性，证明了超顺磁性物体的磁化动力学的量子方法的适用性。
2009-11-09 cond-mat.mes-hall
Giant thermal magnetoresistance in plasmonic structures
预测了磁光等离子体结构中热电磁输运的巨热磁电阻效应。在室温下InSb-Ag纳米颗粒链中，我们发现在2 T的磁场下，电阻几乎可以增加2倍。我们表明，这一重要的变化的结果从强的频谱依赖性的局部表面波的大小的磁场。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Circular dichroism in nanoparticle helices as a template for assessing quantum-informed models in plasmonics
随着等离子体的特征长度迅速接近亚纳米范围，量子信息模型可以捕获经典电动力学的标准近似无法访问的电子气量子性质的那些方面，甚至超越自由电子描述，变得越来越重要。在这里，我们提出了一个模板，通过金属纳米粒子螺旋的圆二色性信号，比较和验证这些模型的预测。为了说明的目的，我们比较了三种广泛使用的模型，每种模型在不同的纳米颗粒分离和支配其自身的物理机制，即流体动力学Drude模型，广义非局部光学响应理论，和量子校正模型隧道效应。我们的计算表明，事实上，每种情况下的特点是从根本上独特的响应，总是不同的预测的局部光学响应近似的经典电动力学，占主导地位的模型敏感的吸收双峰功能。在圆二色光谱中，模型之间的显著差异表现为容易追踪的符号变化，而不是相邻的吸收峰，从而克服了实验分辨率的限制，并能够有效地评估量子信息理论对极端纳米等离子体的适用性。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall
Collective magnetic response of CeO2 nanoparticles
不含磁性阳离子的宽带隙氧化物纳米颗粒和薄膜的磁性是一个未解之谜。由于许多实验数据的不可重复性和缺乏任何普遍接受的理论解释，进展受到阻碍。特征信号是一条几乎无滞后、与温度无关的磁化曲线，该曲线在比磁化强度大几个数量级的外加磁场中饱和。看起来似乎只有<0.1%的体积分数的样品是磁性的，而且这个问题的能量尺度对于自旋磁性来说是异常高的。在这里，我们研究的效果分散4纳米CeO 2纳米粒子与粉末的γ-Al 2 O3，糖或乳胶微球。的饱和磁化强度，Ms ~ 60 A/m的紧凑的样品，是最大化的1重量%的镧掺杂。分散CeO 2纳米粉末使其磁矩降低高达一个数量级。CeO 2纳米粒子团簇的磁性存在一个100 nm量级的特征长度尺度。这一现象解释在一个巨大的轨道顺磁性，出现在相干介观域由于共振相互作用的真空电磁场的零点波动。该理论解释了所观察到的温度无关的磁化曲线及其掺杂和色散依赖性，基于300 nm的长度尺度，其对应于磁性CeO 2纳米颗粒的UV吸收光谱中的最大波长。相干畴约占样品体积的10%。
2016-01-19 cond-mat.mes-hall
Giant resonant nonlinear damping in nanoscale ferromagnets
磁阻尼是基于磁性纳米颗粒的新兴技术的关键指标，例如自旋扭矩存储器和高分辨率生物磁成像。尽管它的重要性，在纳米级铁磁体的磁耗散的理解仍然难以捉摸，阻尼往往被视为一个现象学常数。在这里，我们报告的发现，一个巨大的频率依赖性的非线性阻尼，强烈地改变了纳米铁磁体的自旋扭矩和微波磁场的响应。这种新颖的阻尼机制起源于三磁振子散射，该散射通过磁振子在纳米磁体中的几何限制而强烈增强。我们发现，巨大的非线性阻尼可以反转自旋扭矩的影响，导致一个令人惊讶的电流引起的增强阻尼的antidamping扭矩的纳米磁体。我们的工作推进了对纳米铁磁体和自旋扭矩器件中磁动力学的理解。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall
Giant nonlinear optical responses from photon avalanching nanoparticles
雪崩现象利用陡峭的非线性动力学，从小扰动产生不成比例的高响应，并在许多事件和材料中发现，使技术包括光学相位共轭成像，红外量子计数和高效的上转换激光。然而，这些光学创新背后的光子雪崩（PA）机制仅在块状材料和聚集体中观察到，并且通常在低温下观察到，限制了其实用性和影响。在这里，我们报告了PA在室温下在单个纳米结构中的实现-小的，Tm掺杂的上转换纳米晶体-并展示了它们在最大生物透明度的光谱窗口内的近红外（NIR）波长处的超分辨率成像中的用途。雪崩纳米粒子（ANP）可以用连续波或脉冲激光泵浦，并表现出PA的所有定义特征。这些特征包括激发功率阈值，阈值上升时间长，以及比基态吸收大13，000倍的主要激发态吸收。在雪崩阈值之外，ANP发射与泵浦强度的26次方成非线性比例。这使得光子雪崩单束超分辨率成像（PASSI）的实现，仅使用简单的扫描共聚焦显微镜和任何计算分析之前，实现子70 nm的空间分辨率。将其陡峭的非线性与现有的超分辨率技术和计算方法相结合，ANP允许以更高的分辨率和大约1000像素成像。100-比其他探针可能的激发强度低一倍。ANP的低PA阈值和优异的光稳定性也表明它们在多种应用中的实用性，包括亚波长生物成像、IR检测、温度和压力转导、神经形态计算和量子光学。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Giant Lateral Optical Forces on Rayleigh Particles near Hyperbolic and Extremely Anisotropic Metasurfaces
我们报告了一个戏剧性的增强的横向光学力诱导的电极化瑞利粒子附近的双曲线和极端各向异性超颖表面下简单的平面波照明。这种增强是通过由这些结构提供的增加的态密度和由粒子获得的面外极化自旋之间的相互作用实现的。由此产生的巨大的横向力出现在一个广泛的频率范围内，并可能为路由，捕获和组装纳米粒子开辟前所未有的场所。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Superparamagnetic relaxation in Cu_{x}Fe_{3-x}O_{4} (x=0.5 and x=1) nanoparticles
本文的范围是报告非常详细的测量结果的磁弛豫现象在新的Cu $_{0.5}$ Fe $_{2.5}$ O $_{4}$纳米粒子和已知的CuFe $_{2}$ O $_{4}$纳米粒子。合成的颗粒的尺寸为（6.5 $\pm $ 1.5）nm。两种样品都显示出超顺磁性行为，具有明确的磁矩阻断现象。这包括零场冷却和场冷却磁矩曲线的分裂，动态滞后，磁矩在阻断温度以下的慢准对数弛豫。不同温度下的磁矩弛豫数据的标度证实了简单热弛豫模型的适用性。两种结构相似的铜铁氧体表现出明显不同的磁各向异性密度和其他磁性。所研究的系统表现出所有获得的结果的一致性。
2004-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
A core-shell-surface layer model to explain the size dependence of effective magnetic anisotropy in magnetic nanoparticles
磁性纳米颗粒（NPs）的有效磁各向异性Keff的颗粒尺寸（D）依赖性通常显示Keff随着D的减小而增加。这种依赖性通常使用等式来解释：Keff = Kb +（6 Ks/D）其中Kb和Ks分别是体状芯和表面层中自旋的各向异性常数。在这里，我们表明，这个模型是不足以解释所观察到的尺寸依赖性的Keff为较小的纳米粒子与D < 5 nm。相反，磁赤铁矿（γ-Fe 2 O3）、NiO和Ni的NP的结果最好通过上述模型的扩展来描述，导致由Keff = Kb +（6 Ks/D）+Ksh{[1-（2d/D）]^（-3）-1}给出的变化，其中最后一项是由于具有各向异性Ksh的厚度d的壳中的自旋。该模型对三种不同磁性纳米粒子体系（亚铁磁性γ-Fe 2 O3、铁磁性Ni和反铁磁性NiO）的验证表明，该模型可能适用于所有磁性纳米粒子。
2017-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Simulating Plasmon Resonances of Gold Nanoparticles with Bipyramidal Shapes by Boundary Element Methods
金纳米双吡咯（GNBs）是一类具有高度可调的、依赖于几何结构的光学性质的金属纳米颗粒，本文报道了其局域表面等离子体共振（LSPR）吸收特性的计算建模和精确模拟。GNB双锥模型与球形尖端在再现实验LSPR光谱表现最好，而与其他几何模型的比较提供了一个基本的理解的基础形状和尖端效应的光学性质的GNB。我们的研究结果表明，平均所有的几何参数确定的透射电子显微镜图像，以建立有代表性的GNBs模型的重要性。通过评估基于准静态近似的LSPR吸收光谱模拟的性能，我们提供了这种方法作为纳米颗粒尺寸的函数的适用范围，为基于GNB的纳米杂化系统中分子电子密度和金属纳米颗粒之间的耦合的理论研究铺平了道路，在生物成像，光学和纳米材料的设计中具有潜在的应用。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Theoretical and numerical investigation of the size-dependent optical effects in metal nanoparticles
我们进一步发展了金属纳米颗粒中量子有限尺寸效应的理论，该理论最初由Hache，Ricard和Flytzanis [J. Opt. Soc. Am. B 3，1647（1986）]和（在某种程度上纠正的形式）劳蒂安[苏联。JETP 85，451（1997）]。这些参考文献将金属纳米颗粒视为无限高球形势阱中的传导电子的简并费米气体。该模型（以下称为HRFR模型）以无限嵌套级数的形式产生纳米颗粒的线性和三阶非线性极化率的数学表达式。这些系列还没有进行数值计算，到目前为止，在非线性极化率的情况下，他们不能使用传统的计算机进行评估，由于所涉及的高计算复杂性。Rautian已经得出了一套显着的分析近似的系列，但直接数值验证Rautian的近似公式仍然是一个艰巨的挑战。在这项工作中，我们推导出一个表达式的三阶非线性极化率，这是准确的HRFR模型内，但服从数值实现。然后，我们评估我们数值线性和非线性极化率得到的表达式。我们调查的限制，适用性的Rautian的近似，并发现它们是令人难以置信的准确，在广泛的物理参数。我们还讨论了小频率（相当于或低于德鲁德弛豫常数）和大颗粒尺寸（散装限制）的限制，并表明这些限制是有问题的HRFR模型，无论使用任何额外的近似。最后，我们比较了HRFR模型的金属纳米粒子的非线性极化的纯经典理论，我们早期开发的[物理。100，47402（2008）]。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonic Nanoparticle-in-nanoslit Antenna as Independently Tunable Dual-Resonant Systems for Efficient Frequency Upconversion
East China Normal University（华东师范大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文研究了等离子体纳米粒子-纳米沟槽天线的双共振特性，通过独立调节中红外和可见光共振，提升非线性过程效率，发现新的共振模式以增强上转换效率。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Size-Induced High Electrocaloric Response of Dense Ferroelectric Nanocomposites
本研究通过Landau-Ginzburg-Devonshire方法和有效介质模型预测尺寸效应与Vegard应力协同作用可显著增强BaTiO3纳米颗粒电卡冷却，并实验验证了致密无铅铁电纳米复合材料具有高可调性和易控性，在电子元件冷却方面前景广阔。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Metallic nanostructures as electronic billiards for nonlinear terahertz photonics
金属纳米颗粒的光学性质通常被认为是等离子体激元，光和准自由电子的耦合状态。在这里，我们预测，纳米结构内部的电子限制导致另一种非常不同的共振类型，这决定了在明显低于等离子体共振的频率范围内的光学性质。我们表明，紧密放置的约束诱导共振通常加入到一个单一的复合“超共振”，在低频产生巨大的非线性。我们的模拟表明，这种非线性可以用于有效的下转换的光泵太赫兹和中红外频率的亚微米器件的基础上的纳米颗粒复合材料。我们讨论了这些量子限制引起的共振与传统的等离子体激元的相互作用，以及不寻常的量子能级统计，在这里适应的范例的电子台球理论。
2023-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
On Short-Range Enhancement of Van-der-Waals Forces
我们发现，对于纳米粒子与巨大的极化率$α$（一个突出的例子是最近研究的钠$_{14}$ F $_{13}$分子团簇）范德华力显着增强，在粒子间的距离比$R_0=(α/2πε_0)^{1/3}$短。为了充分描述这种现象，必须考虑非线性效应。我们表明，相反的一些理论主张，一个准确的治疗非线性不会导致任何排斥力。
2016-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
