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
Van der Waals thin films of WTe2 for natural hyperbolic plasmonic surfaces
双曲等离子体表面支持具有极大态密度的高度定向传播的极化激元。这种等离子体激元已经在人工结构化超颖表面中实现。然而，可实现的等离子体波矢量的上限是有限的结构尺寸，这需要一个自然的双曲表面没有任何结构。在这里，我们通过远红外吸收光谱实验证明了基于WTe 2的薄膜的自然双曲等离子体表面在16至23微米的光波长范围内。从椭圆到双曲线的拓扑过渡制度进一步体现了通过映射等离子体振子的等频率轮廓。此外，各向异性特征和等离子体激元频率表现出显著的温度依赖性。我们的研究展示了第一个自然平台，主机二维双曲等离子体，这开辟了异国情调的途径，操纵等离子体传播，光-物质相互作用和光发射在平面光子学。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall 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
Controlling and focusing of in-plane hyperbolic phonon polaritons in α-MoO3 with plasmonic antenna
范德华材料中的双曲声子极化激元（HPhPs）具有将长波电磁场限制到深亚波长尺度的能力。与单轴vdW双曲材料如六方氮化硼（h-BN）形成鲜明对比的是，最近出现的双轴双曲材料如α-MoO 3和α-V2 O 5由于其独特的面内双曲色散，进一步在平坦区控制光方面带来了新的自由度。然而，这种平面内HPhPs的控制和聚焦迄今为止仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个通用的技术发射，控制和聚焦的平面HPhPs在α-MoO 3与几何设计的等离子体天线。利用高分辨率近场光学成像技术，我们直接激发并映射了真实空间中的HPhPs波前。我们发现亚波长操纵和聚焦行为强烈依赖于天线末端的曲率。该策略在宽带光谱区域中有效地操作。这些发现不仅可以为双轴双曲晶体在纳米尺度上对光的操纵提供基本的见解，而且还为平面纳米光子应用开辟了新的机会。
2021-03-31 physics.optics
Hyperbolic Phonon-Plasmon Modes in Grounded Graphene-hBN Heterostructures for Mid-Infrared Applications
近年来，双曲型范德华异质结构与等离子体二维纳米材料的杂化由于其耦合特性而成为THz频段的研究热点之一。本文研究了接地石墨烯-六方氮化硼（hBN）异质结构中可调谐表面声子-等离子体激元的传播。提出了一种分析模型的建议的结构，通过应用在各个区域的电磁组件的边界条件，推导出一个精确的色散关系。的结构进行了模拟，并在上部Reststrahlen带的结果报告。仿真结果与理论分析结果吻合较好，表明所建立的数学关系式具有较高的精度。通过研究化学势对结构性能的影响，表明了异质结构的可调谐性。在48.3 THz的频率下报告了高品质因数值，即FOM=190。本研究可以为未来纳米等离子体应用的新型太赫兹器件的设计开辟道路。
2022-11-07 physics.optics
Epsilon-Near-Zero behavior from plasmonic Dirac point: theory and realization using two-dimensional materials
嵌入在介电基质的周期性阵列中的二维金属的电磁响应可以引起模拟ε近零（ENZ）行为的等离子体狄拉克点。这一理论结果对电介质的周期性和厚度缺陷等结构特征极为敏感。我们提出，这样的器件实际上可以通过使用石墨烯作为2D金属和层状半导体过渡金属二硫属化物或六方氮化硼等材料作为电介质主体来实现。我们提出了一个系统的方法，在设计特性方面，用于构建具有线性，椭圆和双曲色散关系的超材料，产生ENZ行为，正常或负衍射。
2016-10-11 physics.optics
Hyperbolic plasmon modes in tilted Dirac cone phases of borophene
双曲材料由于能够支持任意高动量的电磁场，因此能够实现非常强的光限制，因此受到了极大的关注。本文基于第一性原理计算和多体微扰理论，研究了单层硼中两个相态（$hr$和$8Pmmn$硼化物）的二维等离激元模的特性及其双曲性质.硼化物的面内各向异性表现在结构、电子、振动和光学性质上。我们发现两个双曲制度的两个阶段的硼，其中高能量的是位于可见光范围内。$hr$ - $sB$硼化物的特征在于固有的高载流子密度，并且其在光谱的可见部分中支持强双曲等离子体模式。另一方面，$8Pmmn$硼化物类似于原型狄拉克材料石墨烯，并且在载流子掺杂时获得中红外的各向异性狄拉克等离子体。我们还研究了电子-声子耦合和朗道阻尼对这些双曲等离子体激元模式的影响。我们的研究结果表明，硼化物，具有高的各向异性，本征高载流子浓度，低损耗的双曲狄拉克等离子体模式，和高限制可以代表一个有前途的候选人低损耗宽带表面等离子体极化激元器件。
2021-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The transition from non-convex region to hyperbolic region and vice versa in the Beryllium-Graphene-Beryllium three-layer structure: Plasmonics
本文研究铍-石墨烯-铍三层结构的光学性质，揭示其在太赫兹频段具有双曲与非凸等离子体激元，并分析了能量传播方向、椭圆情形及高等离子体频率的成因。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Selective Radiative Heating of Nanostructures Using Hyperbolic Metamaterials
提出利用环形透明双曲超材料调控等离激元共振角模式，实现亚波长纳米线间的选择性辐射加热，可用于辐射热管理。
2014-12-16 physics.optics
Dirac Spectra and Edge States in Honeycomb Plasmonic Lattices
我们从理论上研究了等离子体蜂窝晶格的色散，并找到了偶极和四极模的狄拉克谱。在这些蜂窝状等离子体晶格的带中发现了来自狄拉克点的锯齿形边缘态。平面外偶极模式的锯齿形边缘状态与石墨烯纳米带中的电子状态非常相似。然而，由于等离子激元激发的矢量性质，面内偶极模和四极模的边缘态具有相当独特的特征。解析地导出了等离子体边缘态存在的条件。
2008-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon-polariton from a helical state in Dirac magnet
与拓扑保护的一维螺旋态相互作用的光场被示出为支持一维等离子体激元极化激元，其特征在于由非线性色散。在二维狄拉克磁体中，这些电光激发被限制在畴壁中，因此，提供了通过改变磁畴配置来操纵量子光学状态的可能性。导出了这种拓扑等离子体激元-极化激元的精确谱方程。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall 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
Dirac-like plasmons in honeycomb lattices of metallic nanoparticles
我们考虑一个二维的蜂窝状晶格的金属纳米粒子，每个支持本地化的表面等离子体，并研究的量子特性的集体等离子体产生的近场偶极相互作用的纳米粒子之间。我们分析调查的色散，有效的哈密顿量和本征态的集体等离子体的任意取向的个人的偶极矩。当偏振点接近平面的法线时，光谱呈现狄拉克锥，类似于石墨烯的电子能带结构中存在的那些。我们推导出集体等离子体激元的有效狄拉克哈密顿量，并表明相应的旋量本征态代表狄拉克样的无质量玻色子激发，在石墨烯中的电子，如一个非平凡的贝里相位和不存在背散射光滑的不均匀性，目前类似的效果。我们进一步讨论了如何可以操纵狄拉克点的布里渊区，并打开一个缺口，集体等离子体分散通过修改局部表面等离子体的偏振，铺平了道路，一个完全可调的等离子体类似物的石墨烯。
2013-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable plasmon modes and topological transitions in single- and bilayer semi-Dirac materials
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Instituto de Estructura de la Materia, CSIC（物质结构研究所，西班牙国家研究委员会）；Escuela Superior Politécnica del Litoral（拉蒂拉尔高等理工学院）；Universidad Complutense（康普顿斯大学）
研究通过调节参数δ，在单层和双层半狄拉克材料中实现等离子体模的可调性，揭示拓扑转变与等离子体响应的关系，为拓扑等离子体学和干涉应用提供新途径。
2025-06-15 cond-mat.mes-hall 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
Plasmonics in the visible domain for a one-dimensional truncated photonic crystal terminated by graphene: sensing beyond Dirac point's approximation
在Kretschmann构型下，在涂覆石墨烯层的一维光子晶体中，TE波的偏振可以激发出可见的表面等离子体共振（SPR）.在这项工作中，等离子体激元布洛赫波的狄拉克点以外的一维石墨烯基的光子传感结构的性质进行了数值研究。我们表明，在可见光区的建议的光子器件的反射光谱中的出射等离子体下降表现出可调的化学势和跳跃参数调制后的特性。传感器在可见光区的灵敏度进行了数值评估，并与那些考虑在太赫兹制度的表面等离子体共振进行了比较。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Possible realization of hyperbolic plasmons in a few-layered rhenium disulfide
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；King's College London（伦敦国王学院）；National Renewable Energy Laboratories（国家可再生能源实验室）；Radboud University（拉德堡德大学）
本研究探讨了少层二硫化铼的面内各向异性，证明其可在紫外频段天然支持双曲等离激元，且工作频率可通过层数调谐，为光电子学应用提供新可能。
2023-01-16 cond-mat.mtrl-sci 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
Infrared nanoscopy of Dirac plasmons at the graphene-SiO2 interface
我们报告的二维等离子体激元激发狄拉克费米子在石墨烯的红外（IR）纳米。这是通过将中红外辐射限制在纳米级尖端的顶点来实现的：与自由空间传播相比，这种方法产生入射波矢量q的面内分量的值的两个数量级的增加。在这些高波矢，狄拉克等离子体被发现显着增强近场相互作用与中红外表面声子的二氧化硅基板。我们的数据增强了详细的建模建立石墨烯作为一种新的介质支持等离子体效应，可以通过栅极电压控制。
2011-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dirac plasmons in bipartite lattices of metallic nanoparticles
我们从理论上研究了由金属纳米颗粒的二维阵列构成的“石墨烯类”等离子体超材料，包括具有和不具有反转对称性的完美蜂窝结构，以及通用的二分晶格。不同纳米颗粒中局部表面等离子体之间的偶极相互作用产生了在整个晶格上延伸的集体等离子体。我们研究了集体等离子体激元的能带结构，并揭示了它的可调谐性与局部表面等离子体激元的偶极矩的方向。根据偶极子的取向，我们确定了一个相图的集体等离子体激元色散的无间隙或有间隙的阶段。我们表明，在相图中的无间隙阶段的特点是集体等离子体表现为无质量的手性狄拉克粒子，在类比与电子在石墨烯。当蜂窝结构的反转对称性被破坏时，集体等离子体被描述为具有能量依赖的Berry相位的带隙手性狄拉克模式。我们进一步放松的几何对称性的蜂窝结构，通过分析一般的二分六边形晶格。在这种情况下，我们研究的相图的演变，并揭示了出现一个序列的拓扑相变时，一个六边形的子晶格是逐步转移相对于其他。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pushing the feature size down to 11 nm by interference photolithography with hyperbolic metamaterials under conventional UV light source
受成本和复杂度的限制，传统的干涉光刻技术很难实现超分辨光刻。我们在这里开发了等离子体干涉光刻技术，通过使用双曲型超材料（HALF）/光刻胶/金属等离子体波导，将特征尺寸理论上推低至16 nm，甚至在365 nm波长下的TM偏振下推低至11 nm。该波导可以支持高k模的超分辨光刻。此外，所提出的光刻结构中支持的等离子体激元模式可以通过HMM的尺寸和材料的介电常数来定制，这使得在常规UV光下获得更高分辨率的图案成为可能。我们的研究结果开辟了一条途径，推动纳米光刻节点向10 nm的低成本和大面积制造在传统的紫外光源。
2022-09-06 physics.optics
Chiral plasmon in gapped Dirac systems
研究了一般带隙狄拉克材料在圆偏振光泵浦下的电磁响应和表面电磁模。由于泵浦导致的谷不平衡导致净Berry曲率，从而产生有限的横向电导率。我们讨论了非互易手性边缘模式的外观，他们的杂交和波导在纳米几何形状，和巨大的偏振旋转纳米阵列。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall 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
Ultrafast excitation of Bloch plasmon polaritons in hyperbolic metamaterials with an extreme ultra-violet transient grating
Umeå University（于默奥大学）；Elettra Sincrotrone Trieste（的里雅斯特同步辐射中心）；CIC nanoGUNE BRTA（nanoGUNE研究中心）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯克，巴斯克科学基金会）；Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）；Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability（瓦伦堡可持续材料科学倡议）
通过光操控材料性质推动材料科学和光子学发展，超高压电介质作为下一代量子光学介质具有潜力，支持布洛赫等离子体极化子，但无法通过直接光照射激发，本文通过极紫外瞬态光栅实验实现了在超高压电介质中激发布洛赫等离子体极化子，有限元模拟验证了瞬态光栅在相位匹配和模式激发中的作用，展示了空间时间上激发布洛赫等离子体极化子的途径，为永久性纳米结构光栅提供替代方案，可能实现超快光学模式激发控制。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic Plasmon dispersion and Optical Conductivity of Holey Graphene: signatures of flat-bands
本研究针对多孔石墨烯平带相关特性，通过调控孔洞半径与周期构型，发现大孔洞构型下存在近平带等离激元，且孔洞破缺双子格对称性引发双曲等离激元与各向异性光导率，为纳米光子学应用提供新平台。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperbolic spoof plasmons in layered equivalent graphene metasurfaces
石墨烯等离子体的进步为设计和制造各种纳米电子器件和其他令人兴奋的光学器件提供了许多机会。但是，由于材料性能的限制，其工作频率不能下降到微波范围。在这项工作中，微波等效石墨烯的新概念的基础上的单层等离子体超颖表面的提出和证明。基于这一概念，理论上可以通过周期性地堆叠等效石墨烯超颖表面来获得椭圆和双曲色散。作为概念和方法的证明，设计并数值演示了椭圆形和全金属双曲超材料。作为该方法的具体实现，制备了一种实用的双曲型超材料，并通过定向传输和光子自旋霍尔效应验证了该方法的有效性。此外，为了研究该方法在极端参数条件下的有效性，设计并制作了一个概念验证超透镜，其近场分辨率为0.05 $λ$的实验验证。基于所提出的概念，不同的光学石墨烯超材料，如调焦镜，色散相关的定向耦合器，和ε近零材料也可以在微波区实现。
2020-06-12 physics.app-ph physics.optics
Robust Optical Pulling of Plasmonic, Chiral, and Dielectric Nanorods in Single and Cluster Configurations Using Hyperbolic Metamaterials
Sylhet Engineering College（锡尔赫特工程学院）；Sylhet Agricultural University（锡尔赫特农业大学）
本研究利用双曲超材料基底，通过全波模拟证明等离激元、手性和介电纳米棒在团簇及单体构型下均能产生稳定的光学牵引力，且等离激元在单体时受力最大，为光学操控提供了实用方案。
2026-10-06 physics.optics
Visible-frequency hyperbolic plasmon polaritons in a natural van der Waals crystal
本研究在天然范德华晶体MoOCl2中实验证实了可见及近红外波段低损耗面内双曲等离激元极化激元，为超透镜、超分辨成像等应用提供新平台。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Infrared Plasmons Propagate through a Hyperbolic Nodal Metal
金属是红外和光学波长的典型等离子体介质，允许人们在纳米尺度上引导和操纵光。一种特殊形式的光波导是由高度各向异性的晶体提供的，这些晶体沿正交方向显示出相反的介电函数符号。这些介质被归类为双曲线，包括晶体绝缘体，半导体和人工超材料。层状各向异性金属也预期支持双曲波导。然而，这种行为仍然难以捉摸，主要是因为带间损耗阻止了红外模式的传播。在这里，我们报告在一个典型的层状半金属ZrSiSe双曲波传播的观察。所观察到的波导起源于近红外线和等离子体线之间的极化激元杂化。独特的节点电子结构同时抑制带间损耗并增强等离子体响应，最终使红外模式能够通过晶体的主体传播。
2022-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Designer Bloch Plasmon Polariton Dispersion in Hyperbolic Meta-Gratings
双曲型超材料是一类新颖的各向异性等离子体材料，除了表面等离子体激元外，还支持高度受限的传播等离子体激元。然而，这是非常具有挑战性的定制和激发这些模式在光学频率的棱镜耦合，因为固有的困难，工程非传统的光学性质与人工纳米结构和高折射率棱镜的不可用性匹配的入射光和导模之间的动量。在这里，我们报告的高k布洛赫类等离子体激元（BPPs）模式的激发机制与超小的模态体积使用元光栅，这是一个金属衍射光栅和II型隐马尔可夫模型的组合结构。我们展示了在红外光谱范围内没有任何模式的1D等离子体光栅，如果耦合到支持高k模式的HMM，可以通过耦合到远场辐射来有效地激发这些模式。我们的理论预测证实了反射测量作为入射角和激发波长的函数。我们介绍的设计原则，以实现一个完全控制的高k模式的元光栅，从而使更好地理解这种类型的混合元结构中的光-物质相互作用。光谱响应工程有望在生化传感器、集成光学和光学亚波长成像等领域得到应用。
2020-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable mid-infrared hyperbolic van der Waals metasurfaces by strong plasmon-phonon polaritons coupling
基于vanderWaals（vdW）材料的双曲超曲面支持极端各向异性极化激元向纳米尺度光压缩和操纵方向的传播，因此在平面超透镜、纳米激光、量子光学和超灵敏红外光谱等方面具有巨大的应用潜力。二维六方氮化硼（h-BN）作为vdW超颖表面可以在单原子层水平上操纵双曲型极化激元的传播，具有比传统介质更高的场约束度和更低的损耗。然而，在h-BN中红外超颖表面中的双曲极化激元波的主动操纵仍然难以捉摸。在这里，我们提供了一个有效的策略，用于构建可调谐的中红外双曲vdW元表面（HMS）。它们由作为薄层h-BN和单层石墨烯条（iHBNG）的面内异质结构的元原子组成。h-BN声子和石墨烯等离子体激元的强耦合使得能够通过在没有频移的情况下定制石墨烯的化学势来实现光场的大的可调谐性，这涉及极化激元模式的拓扑跃迁、单向极化激元传播和局域态密度增强。iHBNG超颖表面的模拟视觉近场分布揭示了双曲极化激元传播的独特变换，区别于单个h-BN和石墨烯超颖表面。我们的研究结果提供了一个平台的光学纳米操纵新兴的片上极化激元器件。
2021-11-15 physics.app-ph physics.optics
Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates
石墨烯中的表面等离子体激元与极性基底中的表面声子强烈耦合，导致杂化表面等离子体激元-声子极化激元（SPPP）。我们证明，表面声波（SAW）可以用来发射传播SPPP在石墨烯/h-BN异质结构的压电基板上，如AlN，SAW诱导的表面调制作为一个动态的衍射光栅。与裸石墨烯/AlN系统相比，通过引入h-BN膜大大提高了光耦合的效率。h-BN中间层不仅显著改变了SPPP的分散性，而且还提高了它们的寿命。SPPPs的强化与石墨烯中诱导的较高载流子迁移率以及与h-BN和AlN表面声子的耦合有关。除了表面声子，双曲声子出现在多层h-BN膜的情况下，导致杂化双曲等离子体-声子极化激元（HPPPs），也介导的SAW。这些结果为工程SAW基石墨烯/h-BN等离子体器件和覆盖中红外到太赫兹范围的超材料铺平了道路。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient Fizeau Drag from Dirac electrons in monolayer graphene
斐索在1850年证明了光在移动介质中传播时的速度可以改变。我们能否通过电流来实现对快速移动的电子介质的光速有效控制？由于电子与光之间的强电磁耦合导致等离子体激元的集体激发，从而表现为等离子体多普勒效应。由于等离子体激元的传播速度远快于传统贵金属中电子的漂移速度，因此在电子系统中等离子体激元多普勒效应的实验观测一直是一个挑战。在这里，我们报告直接观察斐索阻力的等离子体激元在强偏压石墨烯利用高电子迁移率和慢等离子体传播的无质量狄拉克电子。石墨烯中的大偏置电流产生了承载等离子体激元的快速漂移的狄拉克电子介质。它导致非互易等离子体激元传播，其中等离子体激元与漂移的电子介质一起以增强的速度传播。我们使用低温近场红外纳米显微镜测量多普勒频移等离子体波长，该纳米显微镜在低温下直接成像偏压石墨烯中的等离子体极化激元模式。我们观察到等离子体激元的波长差异高达3.6%之间的等离子体激元移动和对漂移的电子介质。我们对等离子体多普勒效应的发现为非平衡系统中非互易表面等离子体极化激元的电控制提供了新的机会。
2021-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Tetra-hyperbolic and tri-hyperbolic optical phases in anisotropic metamaterials without magnetoelectric coupling due to hybridization of plasmonic and magnetic Bloch high-k polaritons
在本文中，我们揭示了在没有磁电耦合的各向异性超材料中形成三-和四-双曲相的物理机制，并描述了由于等离子体和磁布洛赫高k极化激元的杂交而产生的双曲色散中的反交叉分裂现象。这大大加深了对高k极化激元和k空间中光学等频面拓扑结构的理解，并将在光学纳米分辨率成像和发射率和方向性控制中找到应用。为了实现这一点，我们开发了一系列新的技术的理论光学的双各向异性材料，包括二次折射率算子方法，适合于研究高k极化激元与有限折射率和显式表达式的特征矩阵在一般的双各向异性介质。本文介绍了各向异性均匀介质的电磁响应的空间分层方法，分析了其下伏的布洛赫波。我们相信，这里开发的形式主义可以为研究人员在各向异性和双各向异性介质的理论光学领域的未来有用。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Topological Transitions and Epsilon-Near-Zero Surface Plasmons in Type-II Dirac Semimetal NiTe$_2$
与人工超材料相比，纳米制造复杂性和有限尺寸的夹杂物可能会阻碍所需的电磁响应，几种天然材料如范德华晶体在光学范围内设计高效的纳米光子器件方面具有很大的希望。在这里，我们研究了NiTe $_2$，范德华晶体和II型狄拉克半金属托管洛伦兹违反狄拉克费米子的不寻常的光学响应。通过{ \it ab~initio~}密度泛函理论模拟，我们发现NiTe $_2$在近红外和光学范围内具有多个倏逝波（如表面等离子体）的拓扑光子机制.通过电子能量损失实验，我们确定了在近零（ENZ）频率$\approx 0.79$，$1.64$和$2.22$ eV的光子拓扑转变点附近的表面等离子体共振。在极端的晶体各向异性和违反洛伦兹的狄拉克费米子的存在的驱动下，ENZ表面等离子体共振的实验证据证实了NiTe $_2$的非平凡光子和电子拓扑结构。我们的研究为实现基于电子和光子拓扑物理的深亚波长尺度光操纵器件铺平了道路，用于纳米光子学，光电子学，成像和生物传感应用。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced and controllable reflected group delay based on Tamm surface plasmons with Dirac semimetals
该研究理论探究了狄拉克半金属-间隔层-一维光子晶体多层结构的反射群延迟，发现Tamm等离子体激发可实现群延迟负向增强及正负切换，且能通过费米能、弛豫时间调控，为中红外光学延迟器件等应用提供了新方案。
2022-03-11 physics.optics quant-ph
Hot electron dynamics and relaxation in hyperbolic meta-antennas
传统的等离子体纳米天线使散射和吸收带在相同的波长区域，使他们的利用，以充分的潜力不可能同时为两个功能。在这方面，双曲元天线（HMA）在不同的光谱范围内提供独立的、可调谐的和分离的散射和吸收谐振频带。在这里，我们利用HMA中这些分离的光谱带来增强和修改基于热电子的现象。一方面，我们观察到的粒子等离子体激元的热载流子的光激发发射，另一方面，我们利用超快瞬态吸收光谱来表征的动力学的热电子。与相应的等离子体纳米盘天线（NDA）相比，HMA中的等离子体调制光致发光（PM-PL）光谱得到了扩展，这归因于其独特的散射光谱。此外，HMA中较长波长处的吸收带增强了近红外区域（NIR）中等离子体激元诱导的热电子（HEs）的激发效率，具有延长的寿命。它拓宽了在传统NDA中无法观察到的可见光/近红外范围的利用。我们的研究结果进一步表明，这样的元天线可以产生等离子体激元诱导的热载流子的需求，并提供洞察热载流子辅助光化学的优化和工程。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable light-matter interaction and the role of hyperbolicity in graphene-hBN system
面元氮化硼（hBN）是一种天然的双曲型材料，其也可以容纳高度色散的表面声子极化激元模式。在本文中，我们从理论上研究了石墨烯-hBN异质结构的中红外光学性质，这些异质结构源自它们的耦合等离子体-声子模式。我们发现石墨烯等离子体激元与两个Reststrahlen带的声子耦合不同，这是由于它们的不同双曲性。这也导致外部量子发射体和两个带中的等离子体-声子模式之间的明显不同的相互作用，导致其光谱的实质性修改。与石墨烯等离子体的耦合允许Purcell因子中的额外栅极可调谐性，以及其发射光谱中的窄下降。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon Fizeau drag in 3D Dirac and Weyl semimetals
本文针对三维 Dirac 和 Weyl 半金属开发了包含耗散损耗的等离激元 Fizeau 拖曳理论，预测了单向传输窗口，并提出通过光学泵浦增强非互易性的新方法。
2024-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dirac plasmon polaritons and magnetic modes in topological-insulator nanoparticles
本文通过Mie理论发现拓扑绝缘体纳米球中存在高磁Purcell因子的磁模式，并揭示狄拉克等离激元极化激元显著增强量子发射体的跃迁，使Bi2Se3纳米球成为增强光-物质相互作用的优选材料。
2024-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sensitivity-Tunable Terahertz Liquid/Gas Biosensor Based on Surface Plasmon Resonance with Dirac Semimetal
本文提出一种基于棱镜-三维狄拉克半金属多层结构的太赫兹生物传感器，利用表面等离子体共振实现高灵敏度，并通过费米能量和结构参数调节灵敏度，优化后液体传感灵敏度超过100°/RIU。
2023-04-12 physics.app-ph physics.optics
Topological insulator-based Dirac hyperbolic metamaterial with large mode indices
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HHMF）是一种具有双曲型等轴表面的工程材料，能够实现一系列新的现象和应用，包括负折射、增强传感、亚衍射成像、聚焦和波导。由于其组成材料的固有性质，现有的HISTORY主要在可见光和红外光谱范围内工作。在这里，我们展示了太赫兹范围的狄拉克HMM使用拓扑绝缘体（TI）作为积木。我们发现，该结构的房屋高达三个高波矢体积等离子体激元（VPP）模式，与传输矩阵建模一致。VPP具有范围从126到531的模式指数，比在传统介质中观察到的VPP模式大10- 100倍，同时保持相当的品质因数。我们将这些性质归因于占据拓扑绝缘体表面态的电子的二维狄拉克性质。由于这些是范德华材料，这些结构可以在各种衬底上以晶片规模生长，使它们能够与现有的THz结构集成，并实现下一代THz光学器件。
2022-09-17 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
Hyperbolic Dispersion and Low-Frequency Plasmons in Electrides
National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics（冲击波与爆轰物理国家重点实验室，流体物理研究所，中国工程物理研究院）；College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；HEDPS, Center for Applied Physics and Technology, and College of Engineering, Peking University（高能量密度物理研究室，应用物理与技术中心，工程学院，北京大学）
本研究发现非立方电荷物质因电荷局域化而成为自然双曲材料，具有低频等离子体和宽广的双曲窗口，改变了光子材料的设计策略。
2025-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Spatiotemporal Visualization of Long-Range Anisotropic Plasmon Polaritons in Hyperbolic MoOCl2
The University of Chicago（芝加哥大学）；James Franck Institute, The University of Chicago（詹姆斯·弗兰克研究所，芝加哥大学）；Department of Chemistry, The University of Chicago（化学系，芝加哥大学）；Department of Physics, The University of Chicago（物理系，芝加哥大学）
研究通过时间分辨光电发射电子显微镜可视化MoOCl₂中长程各向异性等离子体极化子的动态，发现其传播长度和损耗特性优于短程极化子，展示了其在集成纳米光子学中的应用潜力。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fabrication and characterization of plasmonic nanopores for Raman detection of biomolecules
在本论文中，各种等离子体材料，如双曲型超材料纳米孔阵列和Au涂覆的独立纳米组装支撑纳米孔，旨在进行DNA分子的光学传感与表面增强拉曼光谱在流通配置。
2022-11-11 physics.app-ph physics.optics
Tunable plasmons in large area WTe2 thin films
在石墨烯中观察到的电调谐和高度受限的等离子体激元激发了对其他二维材料中等离子体激元有趣性质的探索。最近，双曲等离子体共振模式被观察到剥离WTe 2膜，II型Weyl半金属与层状结构，提供了一个平台，为组装等离子体与双曲性和奇异的拓扑性质。然而，等离子体激元模式只能在相对较厚和小面积的薄膜中观察到，这限制了等离子体激元的可调谐性和应用。在这里，大面积（~ cm）WTe 2薄膜具有不同的厚度生长的化学气相沉积方法，其中等离子体共振模式观察到不同的厚度下至约8 nm的薄膜。等离子体激元和表面的极性声子的基板的杂交被揭示通过映射的等离子体激元色散。等离子体激元频率被证明是可调谐的，通过改变温度和薄膜厚度。我们的研究结果有利于开发一个可调和可扩展的WTe 2等离子体系统，揭示拓扑特性，并在传感，成像和光调制的各种应用。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable optical topological transitions of plasmon polaritons in WTe2 van der Waals films
本文在WTe2范德华薄膜中通过Mo掺杂和温度调控实现了面内双曲等离激元极化激元的光学拓扑转变，并利用斜切条带的偏振依赖共振实现远场拓扑追踪，为可重构低对称性等离激元纳米光子器件奠定基础。
2023-08-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological collective plasmons in bipartite chains of metallic nanoparticles
我们研究了由球形金属纳米颗粒构成的二分线性链，其中每个纳米颗粒支持局部表面等离子体。局域表面等离子体激元之间的近场偶极相互作用产生集体等离子体激元，其在整个纳米颗粒阵列上延伸。我们解析地导出了集体等离子体激元激发的谱和本征态。在布里渊区的边缘，光谱具有类似于聚乙炔的电子能带结构中存在的伪相对论性质。我们发现集体等离子体的有效狄拉克哈密顿量，并表明相应的旋量本征态代表一维狄拉克类大规模玻色子激发。因此，等离子体晶格表现出与一维狄拉克材料中的电子相似的效应，例如由于克莱因隧穿而高度抑制反向散射的传输能力。我们还表明，该系统是由一个非平凡的Zak阶段，它预测的表现形式的边缘状态的链。当两个具有不同拓扑相的二聚链连接时，我们发现了Jackiw-Rebbi中间带隙态的玻色子形式。我们进一步研究了集体等离子体激元激发的辐射和非辐射寿命，并评论了理论上发现的拓扑效应实验实现的挑战。
2017-03-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically driven plasmon-polaritonic bistability in Dirac electron tunneling transistors
Columbia University（哥伦比亚大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
研究通过电驱动在石墨烯/六方氮化硼/石墨烯隧道晶体管中实现等离子体极化双稳态，展示了通过动量守恒共振隧穿实现的双稳态行为，并探讨了其在范德瓦尔异质结构中的非线性光学和电子现象应用。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Topologically protected Dirac plasmons in graphene
拓扑光学态具有独特的抗缺陷性和无损耗传输能力，是光子学应用的理想材料，其中一类强有力的拓扑光学态是基于光学响应的时间反演对称性破缺，但现有的拓扑光学态要么结构复杂、体积庞大，要么只能在微波波段工作。在这里，我们提出并提供了一个理论证明的原理演示高度受限的拓扑保护的光学状态，以实现在红外频率在一个简单的二维材料结构-周期性图案化的石墨烯单层受到磁场低于1特斯拉。在我们的石墨烯蜂窝状超晶格结构中，等离子体激元在超晶格结处表现出实质性的非互易行为，导致拓扑保护的边缘状态和由该材料的强磁光响应实现的局部体模的出现，这导致在中等静态磁场下已经发生时间反演对称性破缺。所提出的方法是简单和强大的实现拓扑非平凡的2D光学状态，不仅在石墨烯，而且在其他2D原子层，并可能铺平道路，实现快速，纳米级，缺陷免疫器件集成光子学应用。
2017-06-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-demand steering of hyperbolic chiral polaritons
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Flatiron Institute（平顿研究所）
研究通过新型远场泵浦-探测显微镜揭示了自然超材料MoOCl2中可见光和近红外波段的超极性极子自旋霍尔效应，实现了对超材料中超极性和表面等离子体的极性操控。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci 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
Topological insulators are tunable waveguides for hyperbolic polaritons
层状拓扑绝缘体，例如Bi $_2$ Se $_3$，在THz频率范围内是光学双曲材料。这种材料具有深度亚衍射，高度定向的集体模式：双曲声子极化激元。在薄晶体中，这种模式的色散被分裂成离散的子带，并受到电子表面态的强烈影响。如果表面态被掺杂，则混合集体模式由声子-极化激元与表面等离子体激元的耦合产生。杂化的强度可以通过改变表面态的化学势的外部门来控制。等离子体-声子耦合的动量依赖性导致了古斯-汉兴效应的极化激元模拟。极化激元射线的方向性及其可调谐的古斯-汉欣位移可以通过太赫兹纳米成像观察到。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
