Universal method for realization of strong light-matter coupling in hierarchical microcavity-plasmon-exciton systems
极化激元是由光学谐振腔的真空场与量子发射体中的电子激发之间的强耦合而产生的组成轻物质准粒子。达到这样的状态通常是困难的，因为它需要具有高振子强度的材料与相关的光学模式相互作用。二维过渡金属二硫属化合物（TMD）是近年来在室温下实现强耦合的理想材料。然而，这些材料通常提供10-40 meV范围内的耦合强度，这可能不足以达到与低品质因数谐振器的强耦合。在这里，我们展示了一个通用的计划，允许一个简单的实现与2D材料和超越强和超强耦合制度。通过在纳米颗粒阵列中混合等离子激元激发与激子在WS 2单层内的共振金属微腔，我们制作了一个分层系统的结合拉比分裂超过500毫电子伏在室温下。耦合系统的光致发光测量显示主导发射从较低的极化激元分支，表明在耦合过程中的激子的参与。强耦合最近被认为会影响许多光学和材料相关的性质，包括化学反应性，激子输运和光学非线性。利用这里提出的通用方案，可以轻松实现宽光谱范围内的强耦合，因此可以在更广泛的材料类别中进一步探索这些令人兴奋的现象。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene plasmon polaritons: Substrate effects and nonlocal response
这篇论文被作者撤回。我们从理论上研究石墨烯等离子体激元（GPP）支持的石墨烯片夹在两个电介质之间。在局部和非局部描述石墨烯的导电性的介电环境对GPP的影响进行了研究。我们表明，一个本地响应近似总是导致，反直觉，基板独立的表面等离子体频率。另一方面，电子气的非局部描述允许存在非垂直带间跃迁，这定性地改变了结果：GPP现在取决于周围环境，并且去除了局部GPP色散关系中的奇异性。
2012-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-consistent Description of Graphene Quantum Amplifier
普通金属中的高耗散水平使得有源和无源等离子体激元器件的发展具有挑战性。这个问题的一个可能的解决方案是使用替代材料。石墨烯是近红外等离子体激元的理想材料。本文发展了石墨烯等离子体激元发生器的量子理论。我们占第一次量子关联和耗散效应，允许描述这种制度的量子等离子体放大器的表面等离子体发射二极管和表面等离子体放大器的受激发射的辐射。这些生成类型之间的切换是可能的，在原位与石墨烯费米能级或增益跃迁频率的变化。通过材料参数给出了耗散常数和相互作用常数的显式表达式，得到了产生谱和预测激光统计的二阶关联函数。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum open system description of a hybrid plasmonic cavity
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文提出统一框架描述损耗等离子体腔的量子开放系统，通过Dyson方程处理相干动力学、弛豫、去相位和不可逆吸收，建立自洽的耗散极子动力学模型，适用于响应光谱和耗散工程。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Microscopic quantum description of surface plasmon polaritons: Revealing intrinsic ultrastrong light-matter coupling
Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；ESPCI Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等物理化工大学）；Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux, LPEM, UMR 8213（物质物理与研究所）
本文提出了一种适用于任意几何结构的表面等离子体极化子微观量子理论，揭示了金属-介质界面的超强光-物质耦合特性。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
QED description of Raman scattering from molecules in plasmonic cavities
等离子体增强拉曼散射可以推动单分子振动光谱超出经典电动力学可寻址的范围。我们采用量子电动力学（QED）的等离子体激元和分子振动的相干相互作用，揭示了非线性系统的非弹性响应的出现。对于现实的情况下，我们预测发病的\textit{phonon-stimulated Raman scattering}和反斯托克斯发射的激发频率的反直观的依赖。我们进一步表明，这种新的QED框架打开了一个场地，以分析在等离子体腔发射的光子的相关性
2016-09-16 physics.optics quant-ph
Topical Review: optics of exciton-plasmon nanomaterials
这篇评论提供了一个简单的介绍耦合激子等离子体激元系统的物理，这种现象的理论描述和实验表现，其次是国家的最先进的方法，这种现象的数值模拟的帐户，并补充了一些FORTRAN代码，感兴趣的读者可以介绍自己的这种模拟的做法。应用CW光散射以及瞬态响应和松弛。特别注意的是给予所谓的强耦合极限，其中的混合激子等离子体激元的性质的系统响应强烈表达。虽然传统的描述这种现象通常依赖于分析的电磁响应的不均匀的介电环境，分别支持等离子体激元和激子激发，在这里，我们还探讨了其量子密度矩阵（适用于平均场近似水平）方面的分子环境的更详细的描述的后果。这样的描述使得有可能考虑到不能由介电响应模型描述的特性：一方面是失相对分子响应的影响，另一方面是非线性响应。它还强调了仍然缺少的重要成分的数值方法，特别是它的局限性的经典描述的辐射场和依赖的平均场描述的多体分子系统。我们结束了我们的审查与展望不久的将来，这些限制将得到解决，新的数值方法的新的应用程序将被追求。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Description of the wavevector dispersion of surface plasmon-phonon-polaritons
本文报道了重掺杂GAN样品表面等离子体声子极化激元（\mbox{SPPhP}）的振荡频率波矢色散、$ω'(k)$和阻尼$ω''(k)$的计算结果。结果表明，$ω'(k)$依赖性由三个分支组成，它们具有特定的反交叉行为，这是由于表面等离子体极化激元（SPP）与表面声子极化激元（SPhP）的相互作用。发现了阻尼$ω''(k)$在反交叉区附近的强重正化，并将得到的$ω'(k)$和$ω''(k)$的色散用于n-GaN光栅反射谱共振行为的精确电动力学模拟的解析分析。
2020-02-13 physics.app-ph physics.optics
Plasmon-Polaritons in Nanoparticle Supercrystals: Microscopic Quantum Theory Beyond the Dipole Approximation
等离子体金属纳米颗粒晶体具有有趣的光学性质。它们达到了超强和深强光-物质耦合的区域，其中光子态需要包括在材料特性的模拟中。我们提出了一个量子描述的超晶体中的等离子体激元，从偶极子和四极激发的纳米粒子的积木和他们的耦合到光子。我们的模型很好地再现时域有限差分模拟的结果。它提供了详细的洞察极化激元状态的出现。以面心立方晶体为例，我们表明，偶极和四极态混合在许多高对称性方向的布里渊区。只有当包括四极子导出的状态时，才可能正确描述等离子体激元和等离子体激元-极化激元能带结构。我们的模型导致纳米粒子超晶体中的耦合强度降低的表达，我们表明，进入深强耦合制度的金属填充分数以上$0.8$。除了等离子体极化激元的能量，我们分析的偶极，四极和光子态的相对贡献，他们的本征函数，并能够证明在深强耦合制度的光去耦。我们的研究结果为更好地理解金属纳米粒子超晶体在超强和深强耦合机制下的量子特性铺平了道路。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmons in a Square of Two-Dimensional Electrons
本文用光学探测技术研究了二维正方形电子（2DES）的微波吸收谱。基本偶极和谐波四极等离子体激元模式已被确定，并在磁盘的几何形状相比。在正方形的2DES中，发现相邻的等离子体激元模式之间存在强相互作用，而在盘形几何结构中没有观察到这种杂交。我们建立了一个严格的理论平台来解析描述受限二维系统的磁光响应。所开发的理论提供了一个适当的描述所获得的实验结果。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-plasmon polaritons: From fundamental properties to potential applications
由于在纳米器件中控制光的独特可能性，石墨烯等离子体为纳米光子学社区开辟了新的前景，在超材料，调制器，光电探测器和传感器中具有潜在的应用。本文简要综述了石墨烯等离子体激元研究的最新进展。我们首先对石墨烯的光学性质进行一般描述，特别关注石墨烯-等离子体激元的色散。空间扩展的石墨烯的石墨烯等离子体激元的色散关系表示在带内贡献的本地响应极限。在此基础上，我们讨论了石墨烯等离子体激元的最新研究进展，重点讨论了石墨烯等离子体激元的激发、极性衬底上石墨烯中的电子-声子相互作用以及可调谐石墨烯等离子体激元在调制器和传感器中的应用。最后，我们寻求解决石墨烯等离子体的一些明显挑战和有前途的前景。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Monitoring strong coupling in nonlocal plasmonics with electron spectroscopies
等离子激元-激子极化激元通过使得能够更仔细地研究量子光学效应并且促进基于例如玻色-爱因斯坦凝聚和极化激元激光的新技术，提供了在纳米级控制光-物质相互作用的令人兴奋的可能性。然而，观察和可视化极化激元是具有挑战性的，传统的光学显微镜技术往往会导致关于等离子激元-激子耦合的出现和强度的模糊性。电子显微镜提供了一个更强大的手段来研究和验证plexcitons的性质，但仍然受到仪器的限制和分辨率。因此，一个简单的理论描述的电子束激发plexcitons是至关重要的，以补充正在进行的实验工作。在这里，我们应用电子损失和光子发射概率的解析解来评估等离子激元-激子耦合研究，无论是最近采用的电子能量损失光谱技术，或与迄今为止未探索在这方面的阴极发光光谱。预见到的必要性，占量子校正等离子体响应，我们扩展这些解决方案的框架内一般非局部流体动力学描述。作为一个具体的例子，我们研究核壳球形发射体分子杂交，超越标准的本地响应近似通过流体力学Drude模型筛选和广义非局部光学响应理论的非局部阻尼。我们表明，电子显微镜是非常强大的，在描述发射器的相互作用，否则弱激发的光学手段高阶等离子体多极子，生存的响应时，量子知情的模型被认为是。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
An atomistic description of alloys and core shells nanoparticles
利用扩展的离散相互作用模型，我们研究了由银和金制成的合金和核壳纳米颗粒的表面等离子体共振的可调谐性。我们表明，这些合金和核壳颗粒的表面等离子体共振在很大程度上遵循Vegard定律，而不管纳米颗粒的几何形状。我们展示了极化率随尺寸的演变，并展示了极化率与合金和核壳纳米颗粒中的成分和几何形状的比率的高度非线性行为，纳米棒合金除外。一个彻底的统计调查表明，只有一个小的依赖性的表面等离子体共振的原子排列和精确的分布在纳米粒子和标准偏差迅速下降的纳米粒子的尺寸。详细解释了离散交互作用模型中合金随机分布算法的物理推导，并通过统计分析进行了验证。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantized plasmon modes for metallic nanoparticles of arbitrary shape with a generic dielectric function
University of Padova（帕多瓦大学）
提出一种基于实验介电函数、适用于任意形状金属纳米颗粒的等离激元模式量子化方法，正确再现准静态极限下的宏观极化，并实现与量子化学分子描述的耦合，为精确建模强耦合等离激元-分子系统奠定基础。
2026-06-19 physics.chem-ph physics.optics
Plasmon Localization Assisted by Conformal Symmetry
等离子体激元系统由于其应用于光的亚波长限制和相关的光-物质相互作用的增强而引起了人们极大的兴趣。然而，这需要光停留在给定的空间位置超过时间尺度比耦合率到任何相关的损失机制。在这里，我们开发了一个通用的策略，利用近场光学的共形对称性的基础上，停止光等离子体超颖表面的设计。通过变换光学的分析技术，我们提出了一类等离子体光栅，它能够实现超慢的群速度，有效地冻结在空间中的表面等离子体极化激元在其整个寿命。我们的方法可以普遍应用于金属系统、高杂质半导体甚至二维导电和极性材料中极化激元的定位，并且可能在纳米聚焦、纳米成像、光谱学和光捕获中找到潜在的应用。
2019-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generating hot carriers in plasmonic nanoparticles: when quantization does and does not matter?
等离子体辅助的热载流子过程中的金属纳米粒子可以描述经典或使用量子力学的全部强度。我们再次确认，从实际应用的角度来看，当它来描述的纳米粒子中的等离子体的衰变，经典的描述是足够的，但最小的纳米粒子。同时，纳米颗粒中的电子温度升高是离散的（量子化的），忽略这一事实可能导致显著低估热载流子辅助效应，如光催化。
2019-12-16 physics.chem-ph physics.optics
Emergent scale invariance of non-classical plasmons in graphene nanoribbons
利用最近邻紧束缚模型，我们研究了锯齿形和扶手椅形边缘终端的几纳米宽石墨烯纳米带上等离子体的量子效应。从狄拉克描述的洞察力，我们发现一个新兴的标度不变的行为，偏离经典模型的锯齿形和扶手椅结构。偏离的开始可以与能带结构中最低抛物线带的位置有关。狄拉克理论仅在参数子空间中有效，其中尺度不变性保持将具有高掺杂的窄带与具有低掺杂的宽带联系起来。我们还发现，锯齿形带状的边缘状态引起的等离子体的蓝移，与早期的研究结果石墨烯纳米盘和纳米三角形。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong plasmon-phonon splitting and hybridization in 2D materials revealed through a self-energy approach
我们揭示了在二维材料中的等离子体激元和声子之间的相互作用的新方面，超越了单纯的位移和增加等离子体激元的宽度，由于耦合到材料的固有振动模式或声子在支持基板。更准确地说，我们预测强等离子体激元分裂由于这种耦合，导致在一个特性避免交叉计划。我们的计算效率的方法，包括通过电子自能的多体相互作用，我们的结果的基础上。我们指定这种形式主义的等离子体激元的描述的基础上结合了随机相位近似紧束缚电子哈密顿。这种方法是准确的顶点校正可以忽略不计，是在传统的等离子体支持金属和狄拉克费米子系统的情况下。我们说明了我们的方法，通过评估掺杂的石墨烯纳米三角形的等离子体光谱与不同的大小，在那里我们预测显着的峰分裂和其他激进的修改，由于等离子体与固有的光学声子的相互作用的光谱。我们的方法同样适用于其他2D材料，并提供了一个简单的方法，用于研究耦合的等离子体激元的声子，激子，和其他激发在混合薄纳米结构。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-photon excitation of surface plasmon polaritons
我们提供了单光子激发金属表面表面等离子体激元的量子力学描述。一个衰减反射设置描述的量子激发过程中，我们发现非常有效的光子表面等离子体波包转移。使用一个完全量子化的治疗领域，我们介绍了它们的相互作用的哈密顿量和研究的量子统计在转移过程中的金属和没有损失。
2008-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
2D-Material-Assisted Bistable Switching of Gap Plasmons Disclosed By Femtosecond Pulse Scattering Spectra
用飞秒激光泵浦镜上纳米球等离子体天线，每个天线在间隙中具有单层石墨烯或MoS2片。实验观察到散射线宽和峰值强度随激光功率变化趋势的突变。动态等离子体激元演化的理论模型将这种转向归因于两个等离子体激元态之间的转换，四波混频效率的通用转换阈值约为0.14%。这种双稳态是由非线性隙电流到隙等离子体激元的强反馈以及四阶和高阶波混频的参与引起的。这项工作揭示了一种途径，使能源效率的非线性等离子体元件。
2020-12-23 physics.optics
Area theorem for surface plasmons interacting with resonant atoms
本文证明了面积定理可用于解析描述表面等离激元与共振二能级原子的非线性相互作用，获得了封闭解析解，表明该相互作用能形成长传播的 $2π$ 脉冲，并探讨了其应用与探测条件。
2024-03-27 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
Coherent Control of Floquet-Mode Dressed Plasmon Polaritons
我们研究了周期性纳米结构上光激发的等离子体激元的相干特性。金颗粒耦合到一个单模光子波导，其表现出显着减少的传输源于派生的量子干涉。通过对Floquet修饰的极化激元的非平衡描述，我们证明了由于外部激光驱动的费米能级以上的金的带内跃迁的存在，光通过波导的传输发生了切换。
2015-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
A Tunable Spherical Graphene Spaser
在这项工作中，一个新的结构建议spasing。所提出的spaser是由石墨烯纳米球，它支持局域表面等离子体模式，和量子点阵列，作为增益介质。增益介质由外部激光源泵浦。由于所有的等离子体都是在石墨烯平台上进行的，因此该结构具有高限制和长寿命的相干表面等离子体。所有的结构进行了理论分析，使用全量子力学描述。所提出的spaser的主要优点是它的简单的调谐能力，通过改变石墨烯费米能级，这是通过在制造时间或静电门控化学掺杂执行。我们建议利用所提出的spaser在石墨烯片上激发相干的长程表面等离子体。Spaser的近场耦合到石墨烯片上的表面等离子体激元，并补偿表面等离子体激元和光子之间的大的动量失配。
2017-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strong coupling between surface plasmon polaritons and emitters
在这篇综述中，我们看看的概念和国家的最先进的关于强耦合的表面等离子体极化激元模式与量子发射体，如激子在J-聚集体，染料分子和量子点的状态。我们探讨的现象，强耦合参考了一些涉及电磁场和物质的例子。然后，我们提供了一个简洁的描述表面等离子体激元的相关背景物理。广泛的历史背景的概述和最近的相关实验进展，表面等离子体激元和量子发射体之间的强耦合的详细讨论。三个概念框架，然后深入讨论和比较：经典，半经典和完全量子力学，这些理论框架将有相关的强耦合超出涉及表面等离子体激元。最后，我们对这个迅速崛起的领域的未来进行了展望，我们相信这个领域将发展到包含更多有趣的物理学，并将在范围上发展到与其他科学领域相关。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Surface plasmon polaritons and surface phonon polaritons on metallic and semiconducting spheres: Exact and semiclassical descriptions
在复角动量方法的框架下，研究了电磁场与非吸收或吸收色散球的相互作用。我们假设球体的介电函数呈现出类似德鲁德行为或离子晶体行为，模拟金属和半导体材料。我们更特别强调和解释的修改引起的共振光谱的吸收。我们证明了“共振表面极化激元模式”是由一个独特的表面波产生的，即，表面（等离子体或声子）极化激元，靠近球体表面传播。该表面极化激元对应于球体的S矩阵的电部分（TM）的特定Regge极点。从相关的Regge轨迹，我们可以构造半经典的谐振表面极化激元模式，可以被认为是Breit-Wigner型共振的复频率的频谱。此外，考虑到斯托克斯现象，我们导出了表面极化激元Regge极点在复角动量平面中位置的渐近表达式。然后，我们半经典地描述了表面极化激元，并提供了其色散关系的解析表达式和阻尼的非吸收和吸收的情况下。在这些解析表达式中，我们更具体地展示了与吸收直接相关的孤立项。最后，我们解释了为什么光子球系统可以被认为是一个人工原子（一个“等离子体原子”或“声子原子”），我们简要地讨论了我们的结果在卡西米尔效应的背景下的含义。
2007-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Ginzburg-Landau equation bound to the metal-dielectric interface and transverse nonlinear optics with amplified plasmon polaritons
利用多尺度渐近方法，我们导出了放大的非线性饱和表面等离子体激元沿金属-电介质界面传播和衍射的复立方Ginzburg-Landau方程。我们的方法的一个重要特点是，它明确占非线性项的边界条件，这是一个正确的描述非线性表面波的关键。利用我们的模型，我们分析了等离子体激元的双折射现象，并讨论了等离子体激元的亮、暗空间局域结构。
2010-04-01 cond-mat.other nlin.PS physics.optics
Compensation of loss in propagating surface plasmon polariton by gain in adjacent dielectric medium
本文报道了用染料抑制银膜与光泵聚合物界面上表面等离子体激元的损耗。大幅度的效应使得“主动”纳米等离子体激元的各种应用成为可能。实验研究是伴随着发展的现象的分析描述和解决的争议，关于一个波的波矢量的方向与一个强的倏逝分量在一个活跃的介质。
2007-04-12 physics.optics
Spaser linewidth enhancement
基于纳米等离子体激元共振器的相干近场发生器spaser的概念已经在大量的实验中得到了成功的证明。在这里，我们已经开发了理论框架的基本属性的spaser线宽的描述，特别是，线宽增强。为了实现这一点，我们已经明确地引入了时间依赖性的准静态描述的局部表面等离子体共振通过列入的色散的光谱参数，定义的局部等离子体共振波长。线宽增强因子估计为半导体增益介质，并被发现是3-6的顺序，强烈地依赖于在有源层中的载流子密度，并导致超过一个数量级的更宽的线宽相比，由Schawlow-Townes理论预测。
2012-08-14 physics.optics
Plasmon-Polariton Waves in Nanofilms on One-Dimensional Photonic Crystal Surfaces
研究了束缚光波沿一维光子晶体（PC）结构表面的传播。一个统一的描述的波在1-D PC的s-和p-极化是通过一个阻抗的方法。一个一般的色散关系，这是有效的光学表面波与两种偏振，并提出了条件的等离子体激元极化激元波的长距离传播的纳米薄膜（包括有损耗的）沉积在顶部的1-D PC结构。描述了一种设计一维光子晶体结构的方法，以满足在特定波长下具有特定波矢的表面模式存在所需的条件。结果表明，长程表面等离子体激元-极化激元的传输长度可以通过波长调谐来最大化，这在系统中引入了轻微的不对称性。
2010-05-12 physics.optics
