Broadband and Wide-Angle Nonreciprocity with a Nonhermitian Metamaterial
我们从理论上证明了一个非厄米超材料表现出宽带和广角非互易性。超材料由平面金属-介质层组成，具有奇偶时间（PT）对称的损耗和增益分布。随着损耗和增益的增加，能带结构和带隙被强烈地修改;此外，PT电位导致不同的内部场分布时，从不同的侧面照射。包括由自然损耗和增益饱和引起的非线性导致在50 nm波长和60 $^{\circ}$度角范围内的可见光中的非互易透射。
2017-12-14 physics.optics
Customised broadband metamaterial absorbers for arbitrary polarisation
本文表明，定制的宽带吸收的电磁波具有任意极化是可能的，通过使用有损割线（CW）的超材料。这些有用的功能证实了数值模拟，其中不同长度的CW对组合为一个周期性的超材料单元，并放置在一个完美的电导体（PEC）附近。到目前为止，超材料吸收器已经表现出一些有趣的功能，这是从传统的吸收器，例如直接调整的电磁特性和尺寸减小。本文展示了如何通过适当的设计，可以获得广泛的吸收特性。
2010-08-19 physics.optics
Broadband negative refraction in stacked fishnet metamaterial
我们展示了一个方案，利用堆叠的渔网超材料的全角度负折射和亚波长成像从零频率开始的宽频率范围内。时域有限差分（FDTD）数值模拟验证了理论预测。这种现象是由于金属层上的呼吸空气孔使相邻平板波导之间产生负倏逝波耦合而引起的。
2010-08-07 physics.optics
Metamaterial Coatings for Broadband Asymmetric Mirrors
我们报道了具有高反射不对称性的纳米复合金属-介质薄膜涂层的设计和制备。应用基本的色散工程原理来模拟宽带和大反射率的不对称性，我们得到了一个模型的超材料膜的介电函数，非常类似的无序金属介电纳米复合材料的有效介电常数。使用沉积在玻璃衬底上的无序纳米晶银膜实现的涂层证实了理论预测，表现出对称的透射率，大的反射率不对称性和独特的平坦反射率不对称性。
2007-03-10 physics.optics
Broadband Epsilon-Near-Zero Metamaterials with Step-Like Metal-Dielectric Multilayer Structures
基于有效介电常数的Bergman谱表示，提出了由具有特定金属填充率和厚度的层状结构组成的宽带ε近零亚原子的概念.设计了阶梯状金属-介质多层膜结构，实现了在光学频率范围内真实的宽带ε-近零亚原子。这些元原子可以被集成为非常规光学组件的构建块，其在宽频率范围内具有奇异的电磁特性，例如所展示的宽带定向发射和相位波前成形。
2013-04-24 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
A Broadband Dipolar Resonance in THz Metamaterials
我们展示了一种具有宽带偶极共振的太赫兹超材料，其起源于LC共振的杂交。通过有限元方法模拟优化的结构是由电子束光刻和太赫兹时域光谱表征。数值上，我们发现，当两个LC超材料谐振器放在一起，电偶极子谐振除了LC谐振出现。我们观察到这些共振的宽度对共振器之间的分离的强烈依赖性。这种依赖性可以基于串联和并联RLC电路类比来解释。当两个谐振器融合在一起时，出现宽带偶极谐振。超材料具有以1.12 THz为中心的FWHM为0.47 THz的阻带。实验测得的能带特征与模拟结果吻合较好。实验测得的THz在阻带内的消光比为15 dB。
2014-11-24 physics.optics
Broadband Circular Polarizers Constructed by Helix-like Chiral Metamaterials
本文提出了一种可以通过多种传统光刻或电子束光刻技术实现的类螺旋手征超材料，以实现类似于螺旋超材料的宽带双各向异性光学响应。在扭曲超材料的基础上，通过调整晶格内的相对取向，将弧的各向异性转化为紧密排列的弧对之间的磁电耦合，从而获得宽范围的双各向异性光学响应。通过连接相邻的上弧和下弧，将超颖表面对的耦合转换为三维夹杂物的耦合，并提供更宽和更高的双各向异性光学响应。仅对于四层螺旋状超材料，最大消光比可以达到19.7。工作波段为4.69 ~ 8.98 μm，平均消光比为6.9。在整个工作波段内，选择性偏振透过率均在0.8以上。这种结构是有希望的集成和可扩展的宽带圆偏振器，特别是有很大的潜力，作为宽带圆微偏振器在全斯托克斯细分焦平面偏振计领域。
2016-06-17 physics.optics
Broadband Slow Light Metamaterial Based on a Double-Continuum Fano Resonance
我们提出了一种低对称性三维超材料的概念，它表现出双连续Fano（DCF）光学共振。这种超材料被描述为支持弱耦合到正交偏振的两个非简并“亮”带的连续体的离散“暗”电磁状态的双折射介质。结果表明，当介质参数改变时，光通过这种DCF超材料的传播可以在很宽的频率范围内减慢（例如，“暗”模式的频率）沿着光路被动态地改变。使用特定的超材料实现，我们证明了DCF方法慢光（SL）优于EIT，因为它能够实现光谱均匀的群速度和透射系数。
2010-11-25 physics.optics
Ultra-broadband Light Absorption by a Sawtooth Anisotropic Metamaterial Slab
提出了一种由锯齿形各向异性超材料制成的超宽带薄膜红外吸收体。在很宽的频率范围内，在法向入射下的吸收率高于95%，其中半峰处的全吸收宽度约为86%。这种特性在很宽的入射角范围内也能很好地保持。较短波长的光在较小宽度的锯齿的上部被收集，而较长波长的光在较大齿宽度的下部被捕获。这一现象可以用各向异性异向介质波导中的慢光模来解释。本研究可应用于光电元件及热发射器的设计。
2011-11-23 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
Metamaterial Broadband Angular Selectivity
我们演示了如何宽带角选择性可以实现与堆叠的一维周期性光子晶体，每个组成的交替各向同性层和有效的各向异性层，其中每个有效的各向异性层构造从多层超材料。我们表明，通过简单地改变超材料的结构，选择性角度可以被调谐到一个广泛的角度范围内，并且，通过增加堆叠的数量，角传输窗口可以根据需要变窄。作为一个原则的证明，我们实现的想法在微波区实验。我们在这里报告的角度选择性和可调谐性可以有各种应用，如电磁发射器和探测器的方向控制。
2014-05-06 physics.optics
Broadband dispersionless polarization rotation with composite chiral metamaterials
提出了一种平面复合手征超材料（CCMM），它是通过在两层共轭伽玛离子谐振器之间对称地插入一个金属网。由于CCMM工作在非谐振频率区域，因此具有无损耗和无色散的特点。它可以在宽带宽范围内实现平坦的偏振旋转，同时具有高的透射率和极低的椭圆率。同时，这种有趣的CCMM在偏振旋转功率和工作带宽方面显示出比仅由共轭γ离子组成的纯手征超材料更大的优势。由于其独特的性质，CCMM在控制电磁波的偏振态方面具有很大的吸引力。
2015-11-21 physics.optics
Experimental Probing of Photonic Density of States in Hyperbolic Metamaterial
在具有双曲色散的超材料（氧化铝膜中的银纳米线阵列）中，我们观察到沉积在超材料表面上的染料的发射寿命减少了六倍。这是早期预测的双曲型超材料中光子态高密度的证据。
2009-12-09 physics.optics
Engineering the Photonic Density of States with metamaterials
光子态密度（PDOS）和它的电子对应物一样，是控制各种现象的关键物理量之一，因此对PDOS的操纵是实现新型光子器件的途径。PDOS通常通过利用诸如微腔或带隙结构（如光子晶体）之类的器件内的谐振来改变。在这里，我们表明，具有双曲色散的纳米结构超材料可以显着提高光子态密度，为基于超材料的PDOS工程铺平了道路。
2010-05-27 physics.optics
Broadband chiral metamaterials with large optical activity
我们从理论和实验上研究了一种新型的超材料，其混合元件由十字形的双绞线和它们的互补组成。我们发现，这样的双层超颖表面表现出大的，无色散的光学活性在传输共振伴随着非常低的椭圆率。我们开发了一个检索程序来确定这种结构的有效材料参数，它具有较低的阶对称性（$\mathrm {C}_4$）比其他常用的研究手性结构。我们通过再现数值和实验散射参数来验证我们的新理论方法。
2014-01-30 physics.optics
Bulk Negative Index Photonic Metamaterials for Direct Laser Writing
我们展示了在电信波长附近的一维和二维光子负折射率超材料的设计。设计的体结构是内在连接的，这使得它们的制造可行的直接激光写入和化学气相沉积。
2008-07-29 physics.optics
Ultra broadband waveveguide coupler using an anisotropic sub-wavelength metamaterial
多模干涉耦合器是许多集成光子系统中的基本构件，从高速相干接收器到量子分束器。然而，它们的基本结构在近四十年来基本保持不变，限制了它们的大小和操作带宽。利用亚波长超材料制作的光子器件具有突破性的尺寸和性能。利用这些结构的固有各向异性，在这里，我们推导出一个半解析表达式，使紧凑和超宽带多模干涉耦合器的设计。我们的实验表明，几乎完美的操作超过300 nm（500 nm的模拟）的带宽，为一个设备比传统的对应短三倍，使这最宽带多模干涉耦合器报告日期。这些结果将使超宽带集成系统在通信和传感应用中成为可能。
2016-07-29 physics.optics
Colloidal superlattices for unnaturally high-index metamaterials at broadband optical frequencies
金属纳米颗粒（NP）组装的最新进展使光学领域前所未有的光物质相互作用的复杂工程成为可能。在这项工作中，我扩大了NP光学超材料的设计灵活性，将可达折射率的上限推到不自然的高制度。对NP超晶格单层的几何参数的精确控制赋予了电共振和相关有效介电常数的显著增加，远远超出了自然可达的制度。同时，有效的渗透性，实现高折射率的另一个关键因素，被有效地抑制通过减少纳米粒子的厚度。通过建立这一设计规则，我已经实现了不自然的高折射率（15.7在电谐振和7.3在准静态极限）在宽带光频率（100 THz ~ 300 THz）。我还将这种NP超材料与石墨烯结合起来，以在宽的光学频率上电气控制高折射率。
2015-07-24 physics.optics
Topologically non-trivial photonic surface degeneracy in a photonic metamaterial
拓扑光子学的最新发展揭示了诸如外尔简并等各种有趣的现象。然而，在光子学中，还没有关于更高维度的拓扑非平凡简并的报道。在这封信中，拓扑带电光子表面简并具有双重螺旋对称性的螺旋结构证明。计算的陈数和光子费米弧支持表面简并的拓扑相位。我们还表明，光子系统可以工作在超材料和光子晶体制度，这有一个数量级不同的频率范围的螺旋材料的选择。这项工作表明了前所未有的光子拓扑特征与更高的维度的可能性。
2019-01-08 physics.optics
Ultrathin Ultra-broadband Electro-Absorption Modulator based on Few-layer Graphene based Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，一个少层石墨烯-介质多层（超材料）电光调制器已提出在中远红外范围内的电吸收机制的工作。石墨烯，单层和少层，是一种主动可调的光学材料，其允许通过调节其化学势来控制带间和带内跃迁。利用石墨烯的这一独特特征，我们提出了多层石墨烯电介质堆叠，其中少层石墨烯优于单层石墨烯。尽管堆叠的总厚度仍然保持在纳米范围内，但是该器件可以在以下方面表现出优异的性能：（i）高调制深度，（ii）超宽带性能，（iii）由于固有的超材料特性而导致的超低插入损耗，（iv）纳米尺度覆盖区，（v）偏振独立性和（vi）集成到硅波导的能力。有趣的是，通过使用具有精心设计的超材料的几层石墨烯可实现的这些优异性能可能无法使用单层石墨烯。有效介质理论和广义传递矩阵法都验证了我们的建议。
2015-04-14 physics.optics
Quasi-analytical solutions of wide-angle and broadband insulator-metal grating-metal metamaterial absorber in visible to near-infrared bands
超材料吸收器将太阳辐射转换成热，用于热电发电机和太阳能热光电转换。超材料吸收器通常由绝缘体层分隔的金属部件组成，绝缘体层不允许通过直接热传导进行总热提取。在这里，我们提出了广角和宽带超材料吸收器，包括绝缘体层，金属光栅和金属背板（IMM），允许通过直接热传导的总热提取。我们已经制定了准解析解（QANS）的IMM吸收应用耦合模分析与新技术考虑有限的金属介电常数。QANS与时域有限差分（FDTD）模拟一致。我们发现，由钨和银金属制成的IMM吸收剂在400- 1，200 nm波长范围内的平均吸光度分别最好和最差。最佳的IMM吸收剂显示最佳的平均吸光度为96.2%。这种宽带吸收是由对入射角不敏感的绝缘体-金属波导谐振和狭缝波导谐振激发的。在0-66 °入射角范围内，平均吸光度大于90.0%。通过使用具有工程超晶格的金属棒阵列，可以增强IMM吸收器的性能。
2017-07-20 physics.optics
Giant nonlinearity of carbon nanotubes in a photonic metamaterial
超材料，人工介质结构上的亚波长尺度提供了一个丰富的范例，开发独特的光子功能，从负折射率和方向不对称传输慢光。在这里，我们证明了碳纳米管与光子超材料的组合提供了一个新的范例，为非线性介质的发展具有非常强的超快非线性响应在光子应用中非常宝贵。它是由弱辐射Fano型共振等离子体激元模式和单壁半导体碳纳米管的激子响应之间的强耦合支撑的。使用“组合”的方法来发现材料，我们表明，这样的复合系统的光学响应可以定制和优化的超材料设计。
2009-12-03 physics.optics
Observation of photonic spin-momentum locking due to coupling of achiral metamaterials and quantum dots
在这里，我们报告的光子自旋动量锁定的形式，从非手性量子点（QD）的倏逝耦合到非手性双曲超材料（HMM）的定向和手性发射的观察。量子点和超材料之间的有效耦合导致这些光子拓扑模式的出现，这些模式可以在远场检测到。我们提供了理论解释的自旋动量锁定的出现，通过严格的建模的基础上光子格林函数的伪自旋的光产生耦合的量子点隐马尔可夫模型的倏逝模。
2020-10-31 physics.optics
Mie Scattering in the Macroscopic Response and the Photonic Bands of Metamaterials
我们提出了一个通用的方法数值计算的有效介电张量的超材料，并表明，我们的形式主义可以用来研究超材料超过长波长的限制。我们考虑了由高折射率圆柱形夹杂物组成的系统，并表明我们的方法再现了米氏共振特性和光子能带结构从多重散射的方法，从而打开了可能性，研究任意复杂的几何形状的共振为基础的负折射超材料在光波长的设计。
2019-09-20 physics.optics
Broadband Purcell effect: Radiative decay engineering with metamaterials
利用谐振微腔或周期性介电介质设计光子态密度（PDOS）可以控制与光相关的大量经典和量子现象。在这里，我们表明，具有双曲色散的纳米结构超材料，具有宽带宽的奇异性的PDOS，在任何其他光子系统中不存在的效果，这使得显着的控制光-物质相互作用。这种非共振PDOS改变的一个壮观表现是宽带珀塞尔效应，一种光源自发发射的增强，最终导致一种可以有效利用来自孤立发射器的单个光子的设备。我们的方法不同于传统的共振Purcell效应路线的单光子源的带宽的限制，这将限制可能使用这种方法的实际设备的应用，特别是在室温下。所提出的元器件可用于从量子通信到生物传感的应用，也开辟了使用超材料探测原子和人造原子（如量子点）的量子电动力学特性的可能性。
2011-10-27 physics.optics
Past Achievements and Future Challenges in 3D Photonic Metamaterials
光子超材料是一种人造结构，由密集堆积在有效材料中的定制微米或纳米结构金属介电亚波长构建块组成。这种看似简单，但功能强大，真正革命性的概念允许实现新颖的，不寻常的，有时甚至闻所未闻的光学特性，如在光学频率下的磁性，负折射率，大的正折射率，通过阻抗匹配实现零反射，完美吸收，巨圆二色性或增强的非线性光学特性。超材料的可能应用包括超高分辨率成像系统、紧凑型偏振光学器件和隐身设备。本文介绍了最近的实验进展，制作三维超材料结构，并讨论了一些剩余的未来挑战。
2011-09-01 physics.optics
Measurements of Broadband Negative Index in Space-Coiling Acoustic Metamaterials
我们报道了在一种超声波材料结构中获得宽带负折射率的实验证明。采用两种不同的方法来证明超材料的负折射率性质：从反射和透射测量中提取有效参数的一维提取，以及令人信服地显示对应于负折射的透射角的基于棱镜的二维测量。在后一种情况下观察到的透射角也非常符合在一维测量和数值模拟中获得的折射率。我们期望这种透明的超材料成为实际声学超材料设备的选择单位单元，这些设备需要宽带和显著的负折射率。
2012-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin photonics on chip based on a twinning crystal metamaterial
针对下一代光子信息技术对高容量二维光子回路的需求，提出基于孪晶超材料的多通道自旋相关光子器件，利用自旋-动量锁定实现4条横向自旋通道，可保持入射光自旋态并传回自由空间，为自旋调控纳米光子应用提供新方案。
2023-05-19 physics.optics
Fano resonances in dielectric, metallic and metamaterial photonic structures
我们研究数值Fano共振激发的电介质，金属和左手圆柱体的周期性阵列。特别令人感兴趣的是在圆柱体的线性阵列中激发的Fano共振。分析了电磁场的空间分布和对称性，讨论了观测到的法诺共振与二维圆柱阵列频谱之间的关系。
2016-08-27 physics.optics
Strategy for designing broadband epsilon-near-zero metamaterial with loss compensation by gain media
提出了一种宽带增益掺杂近零ε（GENZ）超材料的设计策略。基于有效介电常数的Milton表示，该策略在无量纲谱空间中开始，其中GENZ超材料的有效介电常数简单地由对应于工作频率范围的极零结构确定。GENZ超材料的物理结构是通过一个易于处理的逆问题从零极点结构恢复。该策略在实际应用中具有很大的优势，并从理论上揭示了频谱空间中宽带近零介电常数现象的抵消机制。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultra-Broadband Super-Planckian Radiative Heat Transfer with Artificial Continuum Cavity States in Patterned Hyperbolic Metamaterial
材料表面纳米结构引起的局域腔共振可以极大地增强两个相邻物体之间的辐射热传递（RHT），这是由于腔态在动量空间中的拉伸超过了光线。基于这样的理解，我们用数值方法证明了在两个由椭圆形双曲超材料（HMM）阵列图案化的平板之间实现超宽带超普朗克RHT的可能性。这种现象不仅源于HMM用于创建亚波长谐振器的高有效折射率，而且还源于其极其各向异性的等容曲线。这两个属性使得能够创建具有高光谱密度的光子带以填充期望的热辐射窗口。在这种两个板之间的亚微米间隙尺寸下，人工连续态延伸到光锥之外，极大地增加了整体RHT。我们的研究表明，结构HMM提供了前所未有的潜力，在实现可控的超普朗克辐射热传递的热管理在纳米级。
2017-03-31 physics.optics
Anisotropic Metamaterials Emulated by Tapered Waveguides: Application to Optical Cloaking
我们证明，需要各向异性介电常数和磁导率的超材料设备可以通过专门设计的锥形波导来仿真。这种方法可实现低损耗、宽带性能。基于这种技术，我们展示了在可见光频率范围内的宽带电磁隐身，其尺度比波长大100倍。
2009-04-01 physics.optics
Negative-index bi-anisotropic photonic metamaterial fabricated by direct laser writing and silver shadow evaporation
我们提出了一种新的负折射率超材料的蓝图。这种结构是通过三维双光子激光直写和银影蒸发制备的。测量的线性光谱与理论的比较显示出良好的一致性，并揭示了在约3.85微米波长处折射率的负实部-尽管超材料结构由于沿其表面法线缺乏反转对称性而具有双各向异性。
2008-09-12 physics.optics
Photonic spin Hall effect in hyperbolic metamaterials at visible
传输中的光子自旋霍尔效应是取决于入射光束的偏振的出射光束的横向光束移位。具有高各向异性的材料可以显著增强这种效果。我们报告的第一个实验演示的光子自旋霍尔效应在多层双曲形超材料在可见光波长（波长为520 nm和633 nm）。该超材料由金和氧化铝交替层组成，具有深亚波长厚度，表现出极大的各向异性。角分辨偏振测量显示对于厚度为176 nm的超材料的165 $μm$的偏移。另外，横向光束偏移对入射角的变化极其敏感，理论上入射角变化为270个具有一毫弧度的$μm$（$0.057^\circ$）。这些特征可以导致具有高角分辨率的小型化自旋霍尔开关和滤波器。
2018-07-10 physics.optics
Vanadium dioxide as a natural disordered metamaterial: perfect thermal emission and large broadband negative differential thermal emittance
我们的实验表明，沉积在蓝宝石上的二氧化钒（VO 2）薄膜（~150 nm）具有异常的热发射率曲线加热时，这是由于薄膜和衬底之间的光学相互作用时，VO 2是在其绝缘体-金属过渡（IMT）的中间状态。在IMT区域内，VO 2膜包括金属和介电相的纳米级岛，因此可以被视为天然的无序超材料。这种结构在窄波长范围（~40 cm-1）内显示出“完美”的黑体状热发射率，超过了我们的黑色烟灰参考的发射率。我们在>10 °C的范围内观察到大的宽带负差热发射率：在加热时，VO 2/蓝宝石结构发射较少的热辐射，并且在红外相机上显示较冷。我们预计，发射率工程与薄膜的几何形状，包括VO 2将发现应用于红外伪装，热调节，红外标签和标记。
2013-04-30 physics.optics
Twisted split-ring-resonator photonic metamaterial with huge optical activity
耦合开口环谐振器超材料先前已被证明具有大的耦合效应，这是获得大的有效光学活性的先决条件。通过适当的横向排列，我们完全消除了线性双折射，获得了纯旋光性和相关的圆光学二向色性。在100太赫兹频率附近的实验和相应的建模是在良好的协议。对于厚度为205nm的样品，得到了约30度的旋转角。
2010-01-25 physics.optics
Three dimensional photonic Dirac points in metamaterials
拓扑半金属，代表一种新的拓扑相，缺乏一个完整的带隙在体状态和表现出非平凡的拓扑秩序，最近已经扩展到光子系统，主要是在光子晶体和在较小程度上，超材料。狄拉克简并的光子晶体实现受到各种空间对称性的保护，其中布洛赫模式跨越自旋和轨道子空间。在这里，我们从理论上表明，狄拉克点也可以实现在有效介质中，通过电磁对偶下的电磁学中的固有自由度。在空气与Dirac材料的界面处观察到一对自旋极化的费米弧表面态。这些表面态呈现线性的k空间色散关系，导致几乎无衍射的传播。此外，本征反射场显示从狄拉克点到两个外尔点的分解。我们还发现了经典光子学中Dirac点和涡旋/矢量光束之间的拓扑关联。光子狄拉克点的理论提出为揭示电磁学中内禀物理与整体拓扑之间的联系奠定了基础。
2017-10-20 physics.optics
Broadband super-Planckian thermal emission from hyperbolic metamaterials
我们发展了具有双曲色散的超材料的涨落电动力学，并证明了在近场存在超过黑体极限的宽带热辐射。这是由于独特的大块超材料模式的热激发而产生的，这在传统介质中不会发生。我们考虑一个实际实现的双曲超材料和估计的效果将是可观察的超材料状态的特征色散（拓扑转换）。我们的工作为利用超材料实现近场热发射的工程化铺平了道路。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling the broadband enhanced light chirality with L-shaped dielectric metamaterials
本文设计了基于倾斜纳米柱的全介电硅基L形超材料，通过掠射角沉积实现晶圆级制备，在透射模式下获得宽带增强且振幅与频率均可调控的手性光学响应。
2024-03-27 physics.optics
Controlling evanescent waves using silicon photonic all-dielectric metamaterials for dense integration
在CMOS代工平台上制造的超紧凑、密集集成的光学部件对于光学信息处理和电子-光子共集成是非常期望的。然而，在硅光子器件中普遍存在的由纳米尺度限制引起的大空间范围的倏逝波导致显著的串扰和散射损耗。在这里，我们证明了各向异性全介质超材料打开了一个新的自由度，在全内反射，以缩短衰减长度的倏逝波。我们的实验表明，减少串扰大于30倍，弯曲损耗大于3倍，在密集集成，超紧凑的光子电路块。我们的原型全介质超材料波导实现了约3.7 dB/cm的低传播损耗，与硅条形波导的传播损耗相当。我们的方法标志着从干涉为基础的限制，如在光子晶体或槽波导，利用纳米级场增强的出发。其抑制倏逝波而不显著增加传播损耗的能力将为基于全电介质超材料的密集集成铺平道路。
2018-07-04 physics.optics
Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial
各向同性负折射率超材料（NIM）是非常需要的，特别是用于实现超高分辨率透镜。然而，现有的各向同性NIM仅在二维上起作用，并且不能被微型化超过微波。直接激光写入工艺可以是朝向三维（3D）各向同性块体光学超材料的制造的范式转变，但仅以额外的设计约束（即连接性）为代价。在这里，我们证明了一个原则性的设计，要求连接并不排除完全各向同性的左手行为。这是实现光学波长下的体3D各向同性NIM的重要一步。
2010-04-02 physics.optics
Progress in Water-Based Metamaterial Absorber: A Review
微波超宽带超材料吸波材料因其良好的应用前景而受到越来越多的关注。虽然迄今为止开发的大多数微波超宽带超材料吸收器基于金属谐振结构，但色散介电水基超材料为构造偏振和角度不敏感的超宽带吸收开辟了一条更简单和更通用的路线。本文综述了近年来水基超材料吸收体的研究进展，阐述了其实现超宽带、可调谐和多功能吸收的机理。最后，展望了其未来的发展方向和潜在的应用前景.
2021-12-25 physics.app-ph physics.optics
Design of Optical Metamaterial Mirror with Metallic Nanoparticles for Broadband Light Absorption in Graphene Optoelectronic Devices
一般的金属镜（即，平坦的金属表面）已经是一种流行的光学元件，其可以对薄膜光电子器件贡献宽带光吸收;然而，这种具有反射相位反转的电反射镜不可避免地导致在反射镜表面附近最小化电场的问题（在距离反射镜的四分之一波长处最大化电场）。当深亚波长尺度的二维（2D）材料（例如，石墨烯和二硫化钼）作为有源沟道层实施到光电子器件中。这项工作的目的是构思使用浮栅石墨烯光电探测器的电荷存储层（嵌入电介质基质中的球形Au纳米颗粒（AuNP））作为磁镜的想法，这使得该设备能够利用宽带光吸收的增加。特别地，我们系统地检查了球形AuNP单层在介电基质内的多功能组装（即，光学超材料反射镜），其应该被设计为放置在用于浮栅器件的石墨烯沟道层的正下方，实际上可以被视为有效的磁反射镜。除了能够增强宽带光吸收之外，得益于化学合成的最新进展，对AuNP的各种结构基序的通用访问为光学超材料镜的复杂工程提供了令人信服的机会。AuNP组装与光刻相关程序的高度可操作性可以使该策略广泛适用于各种薄膜光电子器件。因此，我们的研究表明，在推进深亚波长尺度的光电子器件内的光-物质相互作用的合理工程的反射镜的设计的优势。
2015-03-31 physics.optics
Purcell Enhancement of Parametric Luminescence: Bright and Broadband Nonlinear Light Emission in Metamaterials
单光子源和相关双光子源是光信息系统的重要组成部分。非线性下转换光源是单光子和纠缠光子对的鲁棒且稳定的发射器。然而，由低对称性非线性晶体的性质决定的下变频光发射的速率通常非常小，导致器件设计和集成的显著约束。在本文中，我们表明，原则自发发射控制（即Purcell效应）的纳米结构，如超材料，可以概括为描述增强非线性光产生过程，如参量下转换。我们发展了一个新的理论框架，在一般的各向异性，色散和损耗介质中的量子非线性发射。我们进一步发现双曲型色散介质中的自发参量下转换是宽带的，并且没有相位失配。我们预测，在实验现实的纳米结构中，下转换的发射率提高了1000倍，每秒可达105个光子对。我们的理论形式和方法的Purcell增强的非线性光学过程，提供了一个框架，描述量子非线性光学现象在复杂的纳米光子结构。
2017-09-20 physics.optics
Observation of photonic Fermi arcs in topological metamaterials
拓扑相的发现为最初在量子背景下研究的各种有趣的物理学引入了新的视角和平台，然后在平等的基础上，在经典的波动系统中，如光子学，声学和力学。非平凡费米弧作为一个特征，连接拓扑上不同的费米面，在澄清狄拉克和外尔半金属中起着至关重要的作用，并且最近在量子材料中被观察到。然而，在经典系统中，到目前为止还没有直接的实验观测到费米弧的动量空间。在这里，使用近场扫描测量，我们观察到一个光子费米弧连接的拓扑结构不同的体态的手征双曲型超材料。为了验证该系统的拓扑性质，我们进一步观察了非平凡表面波在三维物理台阶上的后向散射免疫传播。我们的研究结果表明，超材料的拓扑光子学的方法，并提供了一个更深入的理解三维经典系统的拓扑相。
2017-06-05 physics.optics
The reversibility of the Goos-Hänchen shift near the band-crossing structure of one-dimemsional photonic crystals containing left-handed metamaterials
对含有左手材料的一维光子晶体中的古斯-哈兴位移进行了理论研究。我们发现在光子带交叉结构附近存在一种特殊的GH位移效应，在斜入射下，它位于条件$% -k_{z}^{(A)}d_{A}=k_{z}^{(B)}d_{B}=mπ$ $(m=1,2,3...)$下，这里A表示LHM层，B表示介质层。在带交叉点（BCP）频率以上，随着入射角的增加，GH位移由负向正变化，而在BCP频率以下，GH位移变化不大。这种效应是解释的带交叉结构的相位特性。
2009-05-11 physics.optics
The Photonic Band theory and the negative refraction experiment of metallic helix metamaterials
我们首次发展了一种理论来计算和解释金属螺旋周期阵列的光子能带结构。能带结构的有趣特征包括精巧的纵向和圆偏振本征模、宽的偏振间隙[Science 325，1513（2009）]，并且螺旋对称性保证了在偏振间隙的两侧存在负群速度带和以固定频率钉扎在区域边界处的带交叉。通过测量穿过三维真实螺旋超材料板的Gooshchen位移，首次实现了经由手性途径的负折射的直接证明[Science 306，1353（2004）]。
2010-06-14 physics.optics
Silicon graphene waveguide tunable broadband microwave photonics phase shifter
提出了一种基于集成环形腔的可调谐宽带微波光子移相器。数值计算结果表明，在40 GHz的带宽和全360度的射频相移与0.12伏的适度的电压漂移的宽带操作的可行性。
2013-12-26 physics.optics
Zero permeability and zero permittivity band gaps in 1D metamaterial photonic crystals
我们考虑的层状异质结构结合普通的正折射率材料和色散的超材料。我们发现，这些结构可以表现出一种新的类型的光子带隙的频率附近的超材料的磁导率μ或介电常数ε为零。虽然具有零折射率的半无限介质的界面（当μ= 0或ε= 0时达到的条件）已知对所有入射偏振都具有全反射率，但在这里，我们表明对应于μ= 0的间隙仅出现在TE偏振波中，而对应于ε= 0的间隙仅出现在TM偏振波中。这些带隙是尺度长度不变的，并且对无序非常鲁棒，尽管它们可能在沿着分层方向传播的特定情况下消失。
2006-06-07 physics.optics
Ultra-broadband Microwave Metamaterial Absorber
提出了一种微波超宽带极化无关超材料吸收体。它是由金属-介电多层四角截头棱锥的周期性阵列。这些金字塔在多个频率处具有共振吸收模式，其中重叠导致入射波在超宽光谱带上的总吸收。在7.8-14.7GHz频率范围内，垂直入射时的实验吸收率均在90%以上，入射角小于60 °时吸收率保持较大。实验结果与数值模拟结果吻合较好。
2011-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Material-structure integrated design for ultra-broadband microwave metamaterial absorber
提出了一种基于遗传算法和仿真平台相结合的介质超材料宽带吸收材料-结构一体化设计方法。通过数值模拟和实验研究，实现了一种具有5.3 ~ 18 GHz超宽带吸收（相对带宽高达109%）的多层超材料吸收体。此外，仿真结果表明，所提出的超材料具有良好的入射角和偏振容忍度，这也是实际应用的重要标准。通过理论计算和数值模拟研究其工作原理，发现四分之一波长干涉相消、欺骗表面等离子体激元模式、介质谐振模式和光栅模式等多种谐振模式的融合是产生超宽带吸收的主要原因。通过对材料和结构各自贡献的分析表明，材料和结构在激发不同的共振模式中起着不可或缺的作用，材料和结构的和谐是提供理想目标性能的必要条件。材料-结构一体化设计思想突出了材料与结构耦合的优越性，为介质超材料提供了一种有效的综合优化策略。
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
Hyperbolic metamaterials: nonlocal response regularizes broadband super-singularity
我们研究被称为双曲介质，在通常的本地响应近似表现出双曲色散和相关的宽带奇异性的状态密度的超材料。相反，从更微观的流体动力学Drude理论，我们得到定性不同的光学性质，这些超材料，由于其金属成分的自由电子非局部光学响应。我们证明，非局部响应会导致色散中的大波矢截止，该截止与电子气的费米速度成正比，但对于小波矢，我们也发现双曲色散的差异。此外，即使在深亚波长范围内，单位晶胞的尺寸也会影响超材料的有效参数。最后，而不是宽带超奇异性的局域态密度，我们预测一个大的，但有限的最大增强成正比的费米速度的倒数立方。
2012-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multiple Tunable Hyperbolic Resonances in Broadband Infrared Carbon-Nanotube Metamaterials
利用真空过滤法制备的定向排列、密集堆积的碳纳米管超材料是一种新兴的红外纳米光子材料。我们报告多个双曲等离子体共振，一起跨越中红外线，在个别共振器由对齐和密集包装的碳纳米管。在第一近场扫描光学显微镜（NSOM）成像研究的纳米管超材料谐振器，我们观察到不同的深亚波长场分布在基本和高阶谐振频率。纳米管超材料的晶圆级面积使我们能够将这种近场成像与许多谐振器阵列的缩放特性的系统远场光谱研究相结合。彻底的理论建模与这些测量结果一致，并将谐振识别为双曲波导模式的高阶Fabry-Pérot（FP）谐振。纳米管谐振器阵列在1.5-10 μm范围内表现出宽带消光，在3-5 μm的大气透明窗口内表现出可逆的可切换消光。支持多谐振模式的宽带碳纳米管超材料是超紧凑吸收体、可调谐热发射器和中红外宽带传感器的有希望的候选者。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
