Enhanced Light Emission from Erbium Doped Silicon Nitride in Plasmonic Metal-Insulator-Metal Structures
在掺铒氮化硅层上制作了金属-绝缘体-金属结构中的等离子体光栅和纳米颗粒阵列。该材料系统使得能够简单地制造该结构，因为活性氮化物层可以直接生长在金属上。在共振上观察到高达12的收集发射的增强，同时也存在广泛的非共振增强。光栅和纳米粒子阵列的输出偏振行为的研究和匹配的等离子体共振，并作为粒子间距离的函数的耦合模式的行为进行了讨论。
2009-08-30 physics.optics
On-chip broadband plasmon-induced transparency based on plasmonic metal-insulator-metal waveguides
等离子体激元诱导透明（PIT）作为电磁感应透明（EIT）的一种类似物，已经在等离子体超材料和波导结构中实现。利用等离子体超材料，通过单胞内的近场耦合，可以产生宽带的PIT，然而，这在片上等离子体波导结构中还没有实现。在这里，我们介绍了宽带PIT的等离子体激元金属-绝缘体-金属（MIM）波导系统的基础上。利用直接耦合结构，PIT出现在一个容易制造的结构的基础上，没有间隙。通过调谐耦合距离，透明窗口可以从窄到宽带连续调谐。这种器件在宽频率范围内的传感、滤波和慢光等片上应用方面具有广阔的前景。
2019-04-23 physics.app-ph physics.optics
Ultraviolet and visible range plasmonics of a topological insulator
超材料、数据处理电路和光谱的可见光和紫外部分的传感器的发展受到缺乏支持等离子体激发的低损耗介质的阻碍，并推动了对贵金属以外的等离子体材料的强烈搜索。通过研究在拓扑绝缘体$\mbox{Bi}_{1.5}\mbox{Sb}_{0.5}\mbox{Te}_{1.8}\mbox{Se}_{1.2}$表面制备的等离子体纳米结构，我们发现它在蓝紫外范围内比金和银的等离子体材料好几个数量级。由$\mbox{Bi}_{1.5}\mbox{Sb}_{0.5}\mbox{Te}_{1.8}\mbox{Se}_{1.2}$制成的超材料显示出从350 nm到550 nm的等离子体共振，而表面光栅显示出从230 nm到1050 nm的阴极射线发光峰。负介电常数支撑的等离子体激元响应归因于体带间跃迁和拓扑保护状态的表面贡献的组合。我们的研究结果的重要性是在识别新的机制的负介电常数在半导体可见范围的等离子体可以直接集成与电子。
2014-01-10 physics.optics
Detection of deep-subwavelength dielectric layers at terahertz frequencies using semiconductor plasmonic resonators
由掺杂硅制成的等离子体领结天线可以在太赫兹（THz）频率下作为等离子体谐振器工作，并在其间隙附近提供大的场增强。我们从实验和理论上证明了接近天线表面的场限制使得能够检测比自由空间波长薄约3750倍的纳米（100 nm）无机膜。基于模型计算，我们得出结论，探测灵敏度及其随沉积层厚度的变化与天线周围的局部太赫兹场分布的衰减和蝴蝶结天线的间隙中的局部场增强有关。这种大的场增强具有提高基于等离子体激元的生物和化学传感器的检测限的潜力。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultracompact Vanadium Dioxide Dual-Mode Plasmonic Waveguide Electroabsorption Modulator
亚波长调制器在集成光电子电路中起着不可或缺的作用。由于光与物质之间的相互作用很弱，因此开发具有纳米尺寸、低开关能量、低插入损耗和大调制深度的调制器一直是一个挑战。在本文中，我们提出了一个二氧化钒双模等离子体波导电吸收调制器的设计使用金属-绝缘体-VO $_2$ -绝缘体-金属（MIMIM）波导平台。通过改变二氧化钒的折射率，调制器可以在“接通”状态期间路由等离子体波通过低损耗电介质绝缘体层，并且在“断开”状态期间路由等离子体波通过高损耗VO $_2$层，从而显著降低插入损耗，同时保持大的调制深度。例如，这种超紧凑波导调制器可以实现~ 10 dB的大调制深度，有源尺寸仅为200 × 50 × 220 nm $^3$（或~λ $^3$ /1700），需要~4.6V的驱动电压。这种高性能的等离子体调制器可能是下一代芯片技术中完全集成等离子体纳米电路的关键之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall 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
Attenuation of slow Metal-Insulator-Metal plasmonic waveguides, from Joule absorption to roughness-induced backscattering
通过结合分析和数值计算的方法，我们从理论上研究了制造缺陷的影响，例如在金属界面的粗糙度，纳米金属-绝缘体-金属波导支持慢间隙等离子体激元模式。被认为是现实的气相沉积和化学生长的金属薄膜的设备。我们得到的吸收和后向散射引起的衰减的定量预测，并分析得出如何两个衰减的规模相对于群速度。根据材料参数和制造质量，粗糙度引起的背散射被发现是一个重要的附加源的衰减小群速度，这是经常被忽略的文献。
2018-10-17 physics.optics
Chipscale plasmonic modulators and switches based on metal-insulator-metal waveguides with Ge2Sb2Te5
我们将相变材料Ge_2Sb_2Te_5（GST）引入到金属-绝缘体-金属（MIM）波导系统中，以实现通信波段的芯片级等离子体调制器和开关。利用非晶GST和晶体GST光学特性的差异，这三种结构可以作为可重构的非易失性调制器和开关，具有良好的调制深度（14 dB）和纳秒级的快速响应时间，同时具有封装面积小、结构简单、易于制造等优点。该工作为MIM波导系统中有源器件的设计提供了新的解决方案，并可在更紧凑的信息处理和存储全光电路中找到潜在的应用。
2019-06-18 physics.app-ph physics.optics
Reprogrammable plasmonic topological insulators with ultrafast control
拓扑光子学的出现彻底改变了人们对光传播的理解，但目前的研究大多集中在静态光子结构的设计上。开发一个动态的光子拓扑平台，以超快的速度切换多种拓扑功能仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们展示了一种超快可重编程等离子体拓扑绝缘体，其中拓扑传播路径可以在纳秒级的开关时间，即超过10^7倍的速度比目前最先进的动态转向。这种数量级的改进是通过使用超快电子开关以创新的方式实现可编程性。由于灵活的可编程性，许多现有的光子拓扑功能可以集成到这个敏捷的拓扑平台。我们的工作将当前光子拓扑绝缘体的研究带入了数字化和智能化时代，这将推动具有内置拓扑保护的智能和超快光电器件的发展。
2020-12-26 physics.app-ph physics.optics
Three-dimensional negative index of refraction at optical frequencies by coupling plasmonic waveguides
我们确定了一条路线，实现负折射率在光学频率的基础上耦合等离子体波导，支持向后波。我们展示了如何利用金属-介质波导对中的模态对称性来实现相位和能量的负折射。通过适当地控制相邻波导之间的耦合，可以在400 nm的自由空间波长处实现由表现出-1的各向同性折射率的一维多层堆叠组成的超材料。这里开发的一般概念可能会激发新的低损耗超材料设计接近金属等离子体频率。
2010-05-04 physics.optics
Design of on-chip plasmonic modulator with vanadium-dioxide in hybrid orthogonal junctions on Silicon-on-Insulator
我们提出了一种基于混合正交银结的等离子体激元调制器，使用二氧化钒作为绝缘体上硅上的调制材料。该调制器具有1.8μm x 1μm的超紧凑尺寸，具有基于正交几何结构的100 nm x 100 nm调制部分。我们利用二氧化钒在相变过程中折射率发生较大变化的特点，实现了46.89dB/μm的高调制深度。我们还提供了一个制造策略，为该器件的发展。该器件的几何结构在下一代光通信高频光子调制器的开发中具有潜在的应用，该光通信高频光子调制器需要纳米尺度的足迹、大的调制深度和小的插入损耗。
2020-12-03 physics.app-ph physics.optics
A comparison of graphene, superconductors and metals as conductors for metamaterials and plasmonics
超材料和等离子体的最新进展已经承诺了许多令人兴奋的应用，特别是在太赫兹和光学频率。不幸的是，这些光子结构中使用的贵金属在高频下不是特别好的导体，导致显著的耗散损耗。在这里，我们解决的问题是什么是一个良好的导体的超材料和等离子体。对于谐振超材料，我们开发了一个数字的优点导体，允许一个简单的分类导电材料根据所产生的耗散损耗的超材料。我们的方法的应用预测，石墨烯和高Tc超导体是不可行的替代金属的超材料。我们还提供了一些过渡金属，碱金属和透明导电氧化物的概述。对于等离子体系统，我们预测，石墨烯和高Tc超导体不能优于金作为表面等离子体极化激元的平台，因为石墨烯具有较小的传播长度与波长比。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic abilities of gold and silver spherical nanoantennas in terms of size dependent multipolar resonance frequencies and plasmon damping rates
球形等离子体纳米天线的吸收和发射光学性质的多极表面等离子体激元（SP）的尺寸依赖的谐振频率和阻尼率方面进行了描述。我们提供的等离子体激元的大小特性的金和银的球形粒子的大尺寸的延迟制度，其中等离子体激元辐射阻尼是显着的。我们强调的辐射阻尼的作用相比，能量耗散阻尼形成的等离子体粒子的接收和发射性能。两者的大小依赖性：多极SP谐振频率和相应的阻尼率可以是为给定应用定制等离子体纳米天线特性的方便工具。这样的特性使得能够控制等离子体纳米天线的操作频率，并且将操作范围从光谱宽改变为光谱窄，反之亦然。也可以在粒子接收（增强吸收）和发射（增强散射）能力之间切换。改变观察的偏振几何形状，可以有效地将偶极子和四极等离子体激元辐射与对散射光的所有非等离子体激元贡献分离。关键词：表面等离子体共振，等离子体阻尼率，多极等离子体
2011-04-04 physics.optics
Plasmonic modes in cylindrical nanoparticles and dimers
我们提出了解析表达式的准静态近似内的圆柱形纳米粒子的等离子体激元模式的共振频率。我们的理论模型使我们能够获得具有任意纵横比的金属圆柱体的纵向和横向极化偶极模式，这使我们能够捕获等离子体纳米盘和纳米线的物理特性。我们还计算了量子力学修正这些谐振频率由于溢出效应，这是相关的纳米尺寸的圆柱体。我们继续考虑耦合的局部表面等离子体在二聚体的圆柱形纳米粒子，这导致集体等离子体激元激发。我们扩展我们的理论形式主义，构建一个分析模型的二聚体，描述的演变与纳米粒子间的分离所产生的明亮和黑暗的集体模式。本文对溢出效应引起的耦合模频率重正化现象进行了评述，并讨论了实验检测的一些方法。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Termination-Driven Control over BIC Q-Factors and Frequencies in Plasmonic Double Net Metamaterials
本文揭示双网端接方式对等离子体双网超材料中准BIC模式谐振频率和品质因子的关键调控作用，通过对比两种端接极限并引入含倏逝体态的散射新方法，为相干光产生等应用提供工程设计原理。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Influence of random surface deformations on the resonance frequencies and quality factors of optical cavities and plasmonic nanoparticles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）
研究随机表面形变对光学谐振腔和等离子体纳米颗粒共振频率和品质因子的影响，提出基于一阶微扰理论的近似方法，用于分析随机形态变化对共振特性的影响。
2026-04-22 physics.comp-ph physics.optics
Accessing Plasmonic Hotspots using Nanoparticle-on-Foil Constructs
典型的镜面上纳米粒子几何形状（NPoM）中的金属-绝缘体-金属（MIM）纳米间隙提供具有小于$V/V_0$ $<$ $10^{-6}$的模体积的光的深亚波长限制。然而，对这些热点的访问受限于捕获光的高平面内$k_{//}$与自由空间平面波之间的阻抗失配，使得光的输入耦合和输出耦合困难。在这里，通过构建具有薄金属膜的箔上纳米颗粒（NPoF）系统，我们展示了绝缘体-金属-绝缘体（IMI）模式和MIM间隙模式的混合，从而产生MIMI模式。这种混合通过从金属膜的两侧入射的光提供了对等离子体纳米腔的多通道访问。通过白光散射和表面增强拉曼散射实验测量了薄箔MIMI模的红调谐和近场强度。我们进一步讨论了NPoF系统的实用性，因为几何形状允许严格限制的光通过不同的端口简单地访问。
2021-07-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Plasmon-polaritonic quadrupole topological insulators
四极拓扑绝缘体是一种具有Wannier带拓扑结构的高阶拓扑相，但在等离子体超材料中尚未实现。在这里，我们提出了一个晶格的等离子体激元极化激元纳米腔，可以实现四极拓扑绝缘体通过利用菊花状纳米腔之间的耦合的几何依赖的符号反转。所设计的系统表现出各种拓扑和平凡的相位，其特征在于嵌套的Wannier带和拓扑四极矩，可以通过纳米腔之间的距离来控制。我们的研究为具有四极拓扑结构的等离子体拓扑超材料开辟了一条道路。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Impedance generalization for plasmonic waveguides beyond the lumped circuit model
基于两个光子结构之间的电磁相互作用，我们解析地推导了它们之间相对阻抗比的严格表达式。我们的方法概括了阻抗的物理意义，以测量基于互易性的本征模重叠。与已知的情况下，在射频和光域的一致性。分析揭示了简单的电路参数的适用性结束，以及如何可以解释超出这一点的阻抗。我们说明了我们的方法，成功地描述了一个布拉格反射器，终止绝缘体-金属-绝缘体等离子体激元波导在近红外线由我们的mandem概念。
2013-07-17 physics.optics
Topological insulator materials for advanced optoelectronic devices
拓扑绝缘体是具有绝缘体态和拓扑保护的金属表面态的量子材料，该金属表面态具有自旋和动量螺旋锁定以及Dirac类能带结构。在拓扑绝缘体材料中观察到了量子自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应、拓扑磁电效应、磁共振像和马约拉纳费米子等独特而迷人的电子性质。这些独特的性质使拓扑绝缘体材料在自旋电子学、量子信息处理以及高效率、低能耗的磁电器件等方面具有巨大的应用潜力。另一方面，拓扑绝缘体材料还表现出许多优异的光学性质，包括克尔和法拉第旋转、体折射率、近红外频率透明性、不寻常的电磁散射和超宽带表面等离子体共振。具体而言，狄拉克等离子体激元激发已被观察到Bi2Se3微带阵列在太赫兹频率。在Bi_（1.5）Sb_（0.5）Te_（1.8）Se_（1.2）晶体的纳米缝和纳米锥阵列中观察到了紫外和可见光等离子体激元。在Bi2Se3纳米片中观察到高透明度。在Bi_（1.5）Sb_（0.5）Te_（1.8）Se_（1.2）晶体和Sb_2Te_3薄膜中都观察到了折射率为0.01的非线性折射率。这些优异的光学性质意味着拓扑绝缘体材料适用于各种光电子器件，包括等离子体太阳能电池、全息图、等离子体和菲涅耳透镜、宽带光电探测器和纳米级波导。本章重点介绍拓扑绝缘体材料优异的电学和光学性质及其在先进光电子器件中的广泛应用。
2018-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Higher-order topology in plasmonic kagome lattices
我们研究了一个可果美等离子体超颖表面的拓扑性质，建模与耦合偶极方法，其中自然包括延迟长程相互作用。通过对威尔逊圈的计算，证明了系统存在一个受阻原子极限相。然后，我们将等离子体纳米粒子的亚波长阵列所承载的拓扑边界模式的层次结构：一维边缘模式以及零维角模式。我们确定这些模式的鲁棒限制在亚波长尺度的光的属性，计算在边缘和角模频率的光子态的局部密度，并证明了选择性激发离域角模在拓扑腔，通过非零轨道角动量光束激发。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Searching for Better Plasmonic Materials
等离子体激元学是一个研究领域，通过将具有相对较大自由空间波长的光限制在纳米尺度，从而实现一系列新颖器件，从而合并了光学和纳米电子学领域。电信和光学频率下的当前等离子体器件由于在组成等离子体材料中遇到的损耗而面临重大挑战。这些大的损耗严重限制了这些金属在许多新应用中的实用性。本文概述了替代等离子体材料以及每种材料选择的动机和制造的重要方面。对金属、金属合金和重掺杂半导体杂质半导体等材料进行了比较研究。基于为每类等离子体激元器件定义的品质因数来评价每种材料的性能。最重要的是，本文概述了实现特定频率和应用的最佳等离子体材料特性的方法，从而为那些寻找更好的等离子体材料的人提供参考。
2010-03-30 physics.optics
Plasmonics of magnetic and topological graphene-based nanostructures
石墨烯是研究等离子体激元基本极限的独特材料。除了最终的单层厚度之外，其载流子浓度可以通过化学掺杂或施加电场来调节。以这种方式，石墨烯的电动力学性质可以从高导电性变化到介电性。石墨烯在从太赫兹到中红外频率的宽光谱范围内支持强烈受限的传播表面等离子体激元（SPP）。它还具有强的磁光响应，因此提供了互补的架构，以传统的磁等离子体的基础上磁光活性金属或铌酸锂。尽管有大量的评论文章致力于石墨烯的等离子体特性和应用，很少有人知道石墨烯的磁等离子体和拓扑效应在石墨烯基纳米结构，这是本文的主要主题。我们讨论了几种策略，以提高拓扑结构不同的封闭表面景观，即石墨烯纳米管，圆柱形纳米腔和环形纳米结构的等离子体效应。综述了手征亚结构上的强非对称SPP传输现象以及结构拓扑指数与等离子体拓扑指数之间的基本关系。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Compact Graphene Plasmonic Slot Photodetector on Silicon-on-insulator with High Responsivity
石墨烯具有非凡的电光特性，因此是单片光子器件如光电探测器的有前途的候选者。然而，这种原子薄层材料与大体积光子组件的集成通常导致弱的光-石墨烯相互作用，导致限制电光性能的大器件长度。相比之下，在这里，我们展示了一个等离子体狭缝石墨烯光电探测器上的硅绝缘体平台具有高响应度的5微米短的设备长度。我们观察到，最大的光电流，因此最高的响应度，规模与槽隙宽度成反比。使用双光刻步骤，我们实现了15 nm的窄槽，与光子石墨烯光电探测器相比，每单位设备长度的响应度高出15倍。此外，我们揭示了背栅静电被这种超短沟道石墨烯光电探测器的接触引起的沟道掺杂贡献所掩盖。这导致准电荷中性，这解释了相对于石墨烯狄拉克点的最大基于光电流的光电流和观察到的非双极传输之间的先前未看到的偏移。这种微米紧凑和吸收效率高的光电探测器允许下一代光子元件中的短载流子路径，同时也是研究石墨烯光电子学中短沟道载流子物理的理想测试平台。
2018-11-14 physics.app-ph physics.optics
Plasmonics at radio frequencies
Saltenna Inc.（萨尔泰纳公司）；University of Massachusetts Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）
本文证明射频频段可存在类似等离激元的低损耗表面电磁波，其模式指数大于1，并推导了波阻抗，实验验证了水-空气等界面的二维传播，展示了水下、地下等通信应用。
2026-09-14 physics.class-ph physics.optics
From all-dieletric nanoresonators to extended quasi-static plasmonic resonators
本文推导了全介质纳米粒子簇在近谐振频率下的等效电磁介质，发现其表现为扩展准静态等离激元谐振器，可产生巨大电磁场。
2023-12-23 math.AP physics.optics
Spontaneous emission in plasmonic graphene subwavelength wires of arbitrary sections
我们提出了一个理论研究的自发发射的线偶极子源嵌入在一个石墨烯涂层的亚波长线的任意形状。利用基于格林第二恒等式的严格电磁法计算了辐射修正和辐射效率。当发射频率与线的等离子体共振频率之一一致时，观察到这些效率的增强。偶极子发射器的位置和偶极矩方向的相关性进行了评价。我们提出了计算的近场分布为不同的频率，揭示了多极秩序的等离子体共振。
2017-11-12 physics.optics
Hybrid Graphene-Plasmonic Gratings to Achieve Enhanced Nonlinear Effects at Terahertz Frequencies
高输入强度通常需要有效地激发非线性光学效应。这个问题在太赫兹（THz）频率下特别关键，因为高输入功率THz源不可用。在太赫兹频率的增强非线性效应的演示是特别重要的，因为这些非线性机制的承诺，发挥重要作用，在新的可重构平面太赫兹非线性器件的开发和设计。在这项工作中，我们提出了一类新的非线性混合平面太赫兹器件的基础上，石墨烯覆盖的等离子体光栅表现出非常大的非线性响应。沿着石墨烯单层的电场的鲁棒局部化和增强，与石墨烯的大的非线性电导率相结合，可以导致在太赫兹频率下的增强的三次谐波产生（THG）和四波混频（FWM）非线性过程。这些有趣的非线性效应表现出非常高的非线性转换效率，并由相对较低的实际输入强度触发。此外，THG和FWM过程可以通过所提出的混合结构的尺寸、石墨烯的掺杂水平或输入强度值来显著调谐，而非线性辐射功率对激发源的入射角保持相对不敏感。所提出的非线性混合石墨烯覆盖等离子体光栅具有相对简单的几何形状，并且可以用于以有限的制造复杂度实现高效的三阶THz效应。基于所提出的混合非线性结构，我们设想了几种新的非线性太赫兹器件，如频率发生器、全光信号处理器和波混频器。这些器件有望用于非线性太赫兹光谱学、非侵入性太赫兹亚波长成像和太赫兹通信应用。
2018-12-10 physics.optics
Optimizing the Nonlinear Optical Response of Plasmonic Metasurfaces
材料对激发光的非线性光学响应通过入射激光频率与受激材料的能级之间的共振而增强。传统上，在分子非线性光谱学中，人们将输入激光频率调谐到分子能级以获得高度增强的双共振或三共振相互作用。对于超颖表面，情况是不同的，并且通过纳米结构的适当设计，可以调谐材料能级以匹配入射激光频率。在这里，我们使用多参数遗传算法的方法来优化非线性四波混频响应，并表明，直观的传统方法，试图匹配的透射光谱相关的激光频率确实会导致强烈的增强，但不一定是最佳的设计。我们证明，实验和直接的非线性场计算，近场模式分布和空间模式重叠的优化设计的主导因素。
2018-05-15 physics.optics
Oxides and nitrides as alternative plasmonic materials in the optical range
作为传统金属的替代品，新的等离子体材料在快速发展的等离子体和超材料领域提供了许多优势。这些优点包括低本征损耗、基于电容器的设计、与标准纳米纤维工艺的兼容性、可调谐性等。透明导电氧化物如Al：ZnO、Ga：ZnO和氧化铟锡（ITO）使得许多高性能超材料器件能够在近红外工作。过渡金属氮化物如TiN或ZrN可以在可见光频率中替代传统金属。在本文中，我们提供了这些新材料的制造和表征的细节，并讨论其适用于一些超材料和等离子体激元应用。
2011-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Inversion Using Plasmonic Contrast Agents
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Nanjing Center for Applied Mathematics（南京应用数学中心）；RICAM, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院计算与应用数学研究所）
本文提出利用等离子体纳米颗粒的共振效应，通过对比注入前后测量的电磁场，实现对物体介电分布的反演，重点阐述了该方法的数学依据和应用。
2024-08-25 math.AP physics.optics
Plasmon-phonon interactions in topological insulator rings
狄拉克电子在等离子体和光子学中的巨大潜力在石墨烯中被发现后就已经很容易被认识到，随后被应用于智能光学器件。狄拉克载流子也存在于拓扑绝缘体（TI）中--在体相中具有绝缘能隙而在表面上具有本征狄拉克金属态的量子系统。在这里，我们研究的等离子体响应的环结构图案化的Bi $_2$ Se $_3$ TI膜，我们通过太赫兹（THz）光谱研究。观察到的环表现出一个键合和反键等离子体激元模式，我们调整频率，通过改变它们的直径。我们发展了一种基于未图案化薄膜的THz电导率的分析理论，该理论准确地描述了当键合等离子体激元扫过该材料所表现出的2.THz声子时实验观察到的强等离子体激元-声子杂化和Fano干涉。这为研究拓扑绝缘体中的等离子体激元及其在可调谐太赫兹器件中的应用开辟了道路。
2015-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On anomalous localized resonance and plasmonic cloaking beyond the quasistatic limit
在本文中，我们给出了新的核-壳等离子体结构，可以诱导异常局域共振和隐形斗篷在某些有限的频率超过准静态极限的数学构造。在我们的研究中的关键成分是，等离子体常数和损耗参数是以一种微妙的方式构建的，它们是相关的，并取决于等离子体结构的源和大小。作为本研究的一个重要副产品，我们还推导出了与亥姆霍兹方程相关的Neumann-Poincáre算子在径向几何中具有有限频率的完整谱。光谱结果是第一个在其类型和显着的数学兴趣本身。
2018-07-12 math-ph math.AP math.MP
Multi-Layered Plasmonic Covers for Comb-Like Scattering Response and Optical Tagging
我们讨论了多层等离子体粒子的潜力，以定制的光学散射响应。等离子体激元的相互作用局限于薄的堆叠壳层实现了奇特的退化隐形和共振状态发生在任意接近的频率。这些概念被应用到实现ultrasharp梳状散射响应和合成交错的，理想的强超散射态紧密耦合到不可见的状态。我们展示了对材料损失和背景介质变化的鲁棒性，这些特性使这些结构成为光学标记的理想选择。
2013-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Tunneling through Arbitrarily-Shaped Plasmonic Channels and Sharp Bends
我们提出了一种机制，通过任意形状的等离子体超箭头通道和弯曲连接两个较大的等离子体金属-绝缘体-金属波导的光能压缩和异常光隧穿。它示出了如何适当的设计，在截止的亚波长光通道，图案化的等离子体植入物和连接较大的等离子体波导，可以允许增强的谐振传输，灵感来自ε-近零（ENZ）超材料的异常特性。共振隧穿被示出为仅弱依赖于通道长度和其特定的几何形状，如可能存在的反射和弯曲。
2008-05-12 physics.class-ph physics.optics
Ultrafast Surface Plasmonic Switch in Non-Plasmonic Metals
我们证明，超快载流子激发可以极大地影响电子结构，并诱导非等离子体金属的短暂表面等离子体响应，可能会产生等离子体开关。使用第一性原理分子动力学和Kubo-Greenwood形式主义的激光激发钨，我们表明，载流子加热动员d电子到集体间和带内跃迁导致的符号翻转的虚光学电导率，激活初始非等离子体相的等离子体性质。光学演化的驱动力可以被可视化为在可见频率处的越来越阻尼的准共振，用于将载流子泵送穿过位于具有能量依赖的占据程度的d带伪带隙中的化学势。激发材料的光学指数的后续演变证实了时间分辨超快椭圆偏振。大的光学可调谐性在激光自组织纳米结构中通常要求的范围内扩展了表面等离子体的存在光谱域。因此，非平衡加热是工程光学控制倏逝激发波的一个重要因素，特别是在激光纳米结构化策略中。
2015-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanogap-Enhanced Infrared Spectroscopy with Template-Stripped Wafer-Scale Arrays of Buried Plasmonic Cavities
我们结合原子层光刻和模板剥离，以产生一类新的基板表面增强红外吸收（SEIRA）光谱。我们的结构包括一个埋和U形的金属-绝缘体-金属波导的折叠垂直臂有效地耦合垂直入射光。绝缘体通过Al 2 O3的原子层沉积（ALD）形成，并且精确地限定间隙尺寸。掩埋的纳米腔被硅模板保护免受污染，直到准备好使用并根据需要通过模板剥离暴露。暴露的纳米腔产生强烈的红外共振，将红外辐射紧紧限制在小至3 nm（λ/3300）的间隙中，并产生密集的毫米长热点阵列。在部分去除绝缘体后，间隙被苯乙烷分子回填，由于与间隙等离子体的强耦合而产生明显的Fano共振，并且对于3 nm间隙观察到10^5的SEIRA增强因子。由于晶圆级的可制造性，通过ALD对间隙尺寸的个位数纳米控制，以及通过模板剥离实现的长期存储，我们的掩埋等离子体纳米腔衬底将有利于传感和光谱学的广泛应用。
2022-04-16 physics.app-ph physics.optics
Biased Nanoscale Contact as Active Element for Electrically Driven Plasmonic Nanoantenna
电驱动的光学天线可以用作在光学频率下操作的电磁辐射的紧凑源。在最广泛探索的配置中，当跨隧穿间隙施加偏置电压时，由结构的金属部分之间的电子隧穿产生辐射。我们建议使用弹道纳米收缩作为支持等离子体模式的光学天线的馈电元件，而不是依赖于间隙中固有的低效非弹性光发射。我们讨论了负责光发射的基本机制，并表明，与这样的纳米级接触，可以达到量子效率的数量级大于标准的发光隧道结构。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall 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
Anderson localization at the hybridisation gap in a plasmonic system
准粒子输运中的无序诱导的安德森局域化是一个具有挑战性的问题，在耗散的存在下更是如此，因为无序诱导的局域化的症状非常接近于系统中的吸收。在最近的实验研究的基础上，我们数值研究了太赫兹频率下等离子体系统中安德森局域化的发生。材料在这些频率下的低损耗使我们能够分别量化系统中的局部化长度和损耗长度。我们测量的非单调变化的损失长度作为无序的函数，并将其归因于本地化模式的参与率和由此产生的金属中的光占有率。接下来，我们确定了一个独特的行为的间隙状态的频率和状态的密度下无序。我们观察到，最大位移的间隙状态的频率有一个倾向，保持钉扎的间隙中心的频率。即使在强无序下，带隙也不会闭合，并且态密度分布继续在带隙中保持峰值，这与常规研究的无序系统不同。这种行为的起源追溯到准粒子色散的性质。在我们的情况下，准粒子被确定为由于在金属-电介质界面处的表面等离子体激元和在其上的亚波长孔径处的腔共振的杂交而产生的混合等离子体激元。这种情况类似于近藤系统，其中色散传导电子与局部杂质态杂交，打开杂交间隙。我们的研究结果提供了新的见解难以捉摸的问题的相互作用的损失和本地化，并强调有趣的物理在混合等离子体系统的杂交差距。
2018-07-04 physics.optics
All-optical magnetization switching by two-frequency pulses using the plasmon-induced inverse Faraday effect in a magneto-plasmonic structure
在这封信中，我们研究了产生准静态磁场的等离子体激元诱导的逆法拉第效应，并提出了一种磁光波导结构，实现磁化开关在亚ps的时间在纳米限制的磁光结构。特别是，我们表明，在磁光介质腔侧耦合到金属-绝缘体-金属（MIM）波导中产生的准静态场的方向敏感地依赖于表面等离子体激元极化（SPP）的波长。这一现象可能为利用双频脉冲实现纳米受限全光磁化开关开辟一种新的节能超快方法。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tuning of Localized Surface Plasmons in Vanadium Dioxide Nanoparticles via Size and Insulator-Metal Transition
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Central European Institute of Technology（中欧技术研究所）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米材料科学中心）
通过调控氧化钒纳米颗粒的尺寸和绝缘体-金属转变，实现近红外等离子体吸收的可调谐控制。
2026-01-31 physics.optics
Purcell enhancement of photogalvanic currents in a van der Waals plasmonic self-cavity
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Center for Free-Electron Laser Science（自由电子激光科学中心）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
研究通过自谐振腔增强范德瓦耳斯半金属WTe₂的光生电流，揭示了等离子干涉效应在太赫兹频段的调控作用，展示了自谐振腔在量子材料非平衡动力学中的应用潜力。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Comparison of electromagnetic field solvers for the 3D analysis of plasmonic nano antennas
等离子体纳米天线在光学频率下非常有吸引力，这是由于它们的强共振-即使当它们的尺寸小于波长时-并且由于它们的极端场增强潜力。这样的天线可以应用于生物纳米颗粒的感测以及用于单分子检测。由于金属在光频下的大量材料损耗和强色散，等离子体天线的数值分析是非常苛刻的。当利用纳米颗粒之间的非常窄的间隙来增加场增强时，会引起额外的困难。在本文中，我们讨论了时域求解器，即FDTD和FVTD的主要困难，我们比较了各种频域求解器，即商业有限元软件包JCMsuite，Comsol，HFSS，微波工作室与半解析MMP代码，可用作参考，由于其收敛速度快，精度高。
2010-02-12 physics.comp-ph physics.optics
Plasmonics in Argentene
二维材料展现出一系列迷人的电子和光子特性，这些特性对于纳米光子学、量子光学和新兴的量子信息技术至关重要。结合从头算材料科学和纳米光子学领域的概念，现在有机会设计新的光子材料，其光学，传输和散射特性可以达到热力学和量子极限。在这里，我们提出了第一性原理计算预测，银，单晶六方密堆积单层，可以大大超过传统的等离子体材料的光学性能和导电性。在低频率的限制，我们表明，散射率和电阻率减少了三个因素相比，散装三维金属。最重要的是，低散射率延伸到光学频率，与例如石墨烯形成鲜明对比，石墨烯的散射率由于光学声子散射而在近红外范围内急剧增加。与固有的高载流子密度相结合，这有利于高度受限的表面等离子体延伸到可见频率。我们在三个不同的品质因数，跨越典型的等离子体激元应用的频谱，评估的Eketene;在每个，Eketene优于国家的最先进的。这种独特的组合属性将使Eketene一个有价值的除了二维异质结构工具包的量子电子和光子技术。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Cascaded four-wave mixing in tapered plasmonic nanoantenna
我们从理论上研究了宽带锥形等离子体纳米天线中的级联四波混频（FWM），并证明了在纳米天线远场图案的主瓣中检测到的非线性频率转换增加了300倍。这是通过调谐纳米天线的元件以共振FWM相互作用所涉及的频率来实现的。我们的研究结果在超快非线性光谱学、传感、片上光学频率转换、非线性光学超材料和光子源等领域有着广泛的应用前景。
2012-09-03 physics.optics quant-ph
Real- and Fourier-space observation of the anomalous $π$-mode in Floquet engineered plasmonic waveguide arrays
我们提出了一个联合的实验和理论研究的驱动Su-Schrieffer-Heeger模型实现的阵列的倏逝耦合等离子体激元波导。Floquet理论预测，这个系统主机为合适的驱动频率的拓扑保护的边缘状态，没有对应的静态系统，所谓的异常Floquet拓扑$π$模式。通过使用实空间和傅立叶空间泄漏辐射显微镜与边缘和体激发相结合，我们明确地识别异常Floquet拓扑$π$模式，并研究其频率依赖性。
2022-03-10 physics.optics
Demonstration of a Plasmonic Dimple Lens for Nanoscale Focusing of Light
将电磁能量聚焦到亚波长尺寸已经成为一个日益活跃的研究领域，用于各种应用，例如热辅助磁纪录（HAMR）、纳米光刻以及使用近场扫描光学显微镜（NSOM）技术的生物细胞和单分子的纳米级光学表征。金属-绝缘体-金属（MIM）几何结构中的双面表面等离子体激元已经被示出对于厚度小于10 nm的电介质具有非常小的波长。夹在金属之间的锥形电介质结构可以用于将来自自由空间光子的电磁能量有效地耦合到纳米级的等离子体波长。在本文中，我们提出了一种新的MIM等离子体透镜结构的制造和表征。
2009-06-10 physics.optics
Phonon-Plasmon Interaction in Metal-Insulator-Metal Localized Surface Plasmon Systems
我们从理论上和数值上研究了弹性和局部表面等离子体激元模式之间的耦合，在一个系统的金纳米柱从薄的金膜分离的介电间隔层的几个纳米的厚度。该系统支持限制在纳米柱底部和金膜顶部之间的等离子体激元模式，其由短波长金属-绝缘体-金属传播等离子体激元形成的干涉图案引起。首先，我们通过计算机模拟的消光光谱和与不同光学模式相关的场图来呈现系统的等离子体特性。接下来介绍一个简单的分析模型，它允许正确地再现等离子体振子模式的形状和波长。该模型用于研究弹性形变和等离子体激元模式之间的耦合效率。在论文的最后部分，我们给出了完整的数值模拟系统的声子特性，然后计算不同的等离子体模式和五个声学模式的形状非常不同的声-等离子体耦合。首先通过评估共振波长的调制来评估耦合的效率，这允许与分析模型进行比较，最后根据透射光谱在整个可见范围内的时间调制来评估耦合的效率，计算纳米颗粒变形的实际值。
2016-06-01 physics.comp-ph physics.optics
Topological Graphene plasmons in a plasmonic realization of the Su-Schrieffer-Heeger Model
由薄绝缘体、石墨烯和金属制成的石墨烯混合物可以支持传播声等离子体（AGPs）。金属屏蔽修改了通常的石墨烯等离子体激元的色散关系，导致缓慢传播的等离子体激元，具有电磁辐射的记录限制。在这里，我们表明，石墨烯单层，由薄的介电材料和金属纳米棒阵列覆盖，可以用作一个强大的平台来模拟苏-施里弗-希格模型。我们计算了不同等离子体激元带的Zak相位，以确定它们的拓扑结构。该系统显示散装边缘对应：强烈本地化的界面态中产生的畴壁分离阵列在不同的拓扑阶段。我们发现签名的非平凡的阶段，可以直接探测远场中红外辐射，从而允许直接实验确认石墨烯拓扑等离子体。强大的场增强，界面态的高度局部化性质，以及它们的门调谐频率扩展了基于AGP的器件的能力。
2021-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultracompact high-contrast magneto-optical disk resonator side-coupled to a plasmonic waveguide and switchable by an external magnetic field
在这里，我们提出并研究了一种新型的等离子体共振器的基础上的金属-绝缘体-金属波导和侧耦合磁光盘控制的外部磁场。通过改变磁场的方向，表面等离子体激元（SPP）的波数变化和透射率可以被调谐，并且通过改变外部磁场的方向，可以实现SPP模式的可逆开关。磁等离子体激元调制的共振增强超过200倍导致调制对比度超过十倍比（90- 1%调制），在数百GHz的光学带宽内保持适度的插入损耗。数值模拟证实了亚微米超小盘谐振器的高对比度磁等离子体激元调制的解析公式的预测。
2018-07-31 physics.optics
Nonlinear surface magneto-plasmonics in Kretschmann multilayers
非线性磁等离子体激元学旨在利用等离子体激元激发来控制纳米尺度下非线性光频率转换的机制和效率。我们研究了混合金-钴-银多层结构中磁二次谐波产生的机制，该结构支持在基波和二次谐波频率下传播的表面等离子体激元。使用磁光光谱在Kretschmann几何，我们表明，巨大的磁光调制的二次谐波强度占主导地位的表面等离子体激元的激发在第二谐波频率，如所示的通过调谐强等离子体色散的光谱区域的光波长。我们的原理验证实验突出了非线性磁等离子体激元学的光明前景，并有助于磁性表面和界面的非线性光学的一般理解。
2015-07-02 physics.optics
Light interaction with photonic and plasmonic resonances
在这篇综述中，光学微和纳米谐振器的理论和应用是从它们的自然谐振的基本概念，所谓的准简正模（QNM）。后者是控制谐振器响应的基本成分。QNM以复频率为特征，最初由驱动场加载，然后由于功率泄漏或吸收而随时间呈指数衰减。在这里，使用QNM扩展形式主义来模拟这些基本的影响进行了探讨。这种在复频率下工作的模态展开与电磁建模中的当前用户习惯不同，后者依赖于在实频率或时域下工作的经典麦克斯韦方程求解器;它们还为分析带来了更深入的物理见解。因此，在电磁学和最近的相关理论和数值进展的详细讨论QNM的历史背景的广泛概述。此外，对QNM在涉及电磁谐振场和物质的一些例子中的作用进行了简明描述，包括量子发射器和谐振器之间的相互作用（珀塞尔效应，弱耦合和强耦合，超辐射.），Fano干涉，共振模式的扰动，光在无序介质中的输运和局域化。
2018-04-08 physics.comp-ph physics.optics
