Three-dimensional Negative-Refractive-Index Metamaterials Based on All-Dielectric Coated Spheres
提出并理论证明了一种由全介质纳米球构成的三维光学负折射率超材料。这种超材料是由两种介电纳米球组成的同心壳层嵌入到宿主介质中。基于Mie的扩展有效理论表明，由于强Mie共振，电介质芯和电介质壳分别提供负磁导率和负介电常数。在耦合谐振频率范围内，可以实现负折射率。
2010-04-27 physics.optics
Towards all-dielectric metamaterials and nanophotonics
我们回顾了一个新的，快速发展的领域，全介电纳米光子学，它允许控制结构化物质的磁和电响应的工程Mie共振在高指数介电纳米粒子。我们讨论了这种介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及最近在全介电元器件，包括耦合谐振器介质波导，纳米天线和元表面的进展。
2015-03-30 physics.optics
III-V semiconductor nano-resonators-a new strategy for passive, active, and nonlinear all-dielectric metamaterials
由介质谐振器组成的超材料由于其低的本征损耗和各向同性的光学响应而引起了人们的广泛关注。特别地，由硅介电谐振器制成的超颖表面已经显示出期望的行为，诸如有效的非线性光学转换、光谱滤波和先进的波前工程。为了进一步探索电介质超材料的潜力，我们提出了由外延生长的III-V族半导体制造的全电介质超材料，其可以利用III-V族半导体的高二阶光学可折射率，以及单片集成有源/增益介质的容易性。具体而言，我们使用选择性湿氧化工艺来创建GaAs纳米谐振器，该工艺形成低折射率AlGaO（n~1.6）下层，类似于使用绝缘体上硅晶片形成的硅介电谐振器。我们进一步使用相同的制造工艺来展示多层III-V介质谐振器阵列，为我们提供了新的器件工程自由度。对于这些阵列，我们在实验上测量~100%的反射率在一个广泛的光谱范围。我们设想，全介质III-V族半导体超材料将为无源、有源和非线性全介质超材料开辟新的途径
2016-05-01 physics.optics
Significant crosstalk reduction using all-dielectric CMOS-compatible metamaterials
最近的一个计算结果表明，高限制模式可以实现全介质超材料（S。贾哈尼等例如，Optica 1，96（2014））。这大大减少了介质波导之间的串扰，为高密度光子电路铺平了道路。在这里，我们通过实验证明，在一个标准的绝缘体上硅（SOI）平台上，在两个硅条形波导之间使用一个简单的超材料，导致耦合长度增加约10倍。所提出的结构可能会导致硅光子器件尺寸的显著减小。
2016-11-11 physics.optics
Large quality factor in sheet metamaterials made from dark dielectric meta-atoms
超材料或人造电磁材料可以创造具有自然界无法实现的特性的介质，但减少耗散是其进一步发展的关键挑战。在这里，我们展示了一种低损耗的超材料，利用暗束缚态介电夹杂物耦合到外部波的小型非谐振金属天线。我们实验证明了一种基于由氧化铝制成的元原子的色散工程超材料，并且我们表明其共振具有比基于金属的元原子大得多的品质因数。最后，我们表明，我们的介电元原子可以用来创建具有负介电常数或磁导率的片状超材料。
2014-05-30 physics.optics
Toroidal Response in Dielectric Metamaterials
我们提出并分析了一种基于亚波长LiTaO3极化激元柱的电介质团簇，用于演示由于柱的Mie共振模式的相互耦合而在THz区域的环形响应。基于这个集群，我们展示了一个低损耗的超材料与占主导地位的环形响应，这在实现谐振总传输中起着关键作用。
2013-08-05 physics.optics
Tunable dielectric meta-surface nanostructures offer incredible performance in optical application due to their extraordinary tunability of the polarization and engineering the dispersion of light with low loss in infrared range. In this article, we designed and experimentally measured the tunability of all-dielectric subwavelength silicon nanoparticles with the help of the temperature-based refractive index of the liquid crystal in the telecom regime. The proposed structure composed of high dielectric nanodisk surrounded by nematic liquid crystal (NLC) is simulated with numerical software, as…
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Surface Bloch waves in metamaterial and metal-dielectric superlattices
本文研究了电磁布洛赫波在由异向介质层和介质层交替形成的半无限周期结构中的性质。我们推导并分析了色散关系的TE和TM偏振的表面布洛赫模式的长波长限制，磁超材料与负折射和金属-介电等离子体超晶格。我们发现，在亚波长范围内的体模的特点是由三个不同的折射率（“三折射率”），而表面模式可以传播平行于布洛赫波矢，并沿超晶格和半无限电介质之间的界面。
2009-06-02 physics.optics
Nano-optomechanical Nonlinear Dielectric Metamaterials
通过利用纳米结构硅膜中局部电磁模式的谐振性质，全介电超材料可以在光通信波长处充当非线性介质。我们表明，这种超材料提供了极大的光学机械非线性，工作在每单位单元只有几μW的强度和高达152 MHz的调制频率，从而提供了一条快速，紧凑和节能的全光学元器件的路径。
2015-11-18 physics.optics
Enhancement of quantum dot luminescence in all-dielectric metamaterial
我们提出了一种简单的设计，全介质硅基平面超材料表现出一个非常尖锐的谐振反射和透射的波长约1550 nm，由于低耗散损耗和涉及一个陷阱模式的操作方法。共振的品质因数超过已知等离子体结构中共振的品质因数的数十倍。所设计的超材料被设想为与泵浦的活性介质聚集，以实现发光的增强，并产生“激光spaser”的全介电模拟。我们报告说，一个必要的增强（超过500倍）的发光层包含泵浦量子点可以实现通过使用所设计的超材料。这个值超过了许多倍的等离子体平面超材料的已知发光增强。
2012-10-15 physics.optics
Near-infrared negative-index metamaterials consisting of multiple layers of perforated metal-dielectric stacks
在本文中，我们数值模拟了一个近红外负折射率超材料（NIM）板组成的多层穿孔的金属-电介质叠层，并表现出低虚部的负折射率的波长。使用两种不同的数值方法得到的有效折射率是一致的。通过计算超材料内部的场，验证了反向相位传播。这些结果指出了一种新的低损耗厚超材料在光频率的设计。
2006-05-23 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
Kapitza homogenization of deep gratings for designing dielectric metamaterials
我们从理论上研究了横向光栅对横向电波的介电响应的均匀化，其特征在于Kapitza条件，即介电常数随着调制深度的缩放而快速调制为大的波长与调制周期比。我们表明，所产生的有效介电常数，除了标准的平均基础的介电分布，有进一步的贡献所产生的快速和深的介电调制。这种贡献与另一种贡献相当，因此可以为设计介电超材料提供另一种方法。作为一个例子，我们讨论了一个有效的金属到介电过渡所产生的Kapitza的贡献，通过改变光栅深度。
2013-03-20 physics.optics
Dielectric Metamaterials with Toroidal Dipolar Response
环向多极子是标准多极子展开式中缺少的项;它们通常由于与电磁场的耦合相对较弱而被忽略。在这里，我们提出并从理论上研究了一个特殊的类，代表一个简单的电磁系统，支持环形偶极激发在太赫兹部分的频谱的全介质超材料。我们发现，这种超材料的共振透射和反射是由环形偶极子散射，忽略这将导致一个误解的超材料宏观响应的解释占主导地位。由于环形模式的独特场配置，所提出的超材料可以作为传感或增强光吸收和光学非线性的平台。
2014-07-02 physics.optics
Achieving Anisotropy in Metamaterials made of Dielectric Cylindrical Rods
我们证明了在纯介质棒型超材料中，通过将正方形晶格的对称性转变为矩形晶格的对称性，即通过破坏有效均匀介质的旋转对称性，可以获得各向异性的负有效色散关系。理论预测和结论得到了数值计算和计算机模拟的验证。提出的各向异性超材料，用于构建一个重聚焦平板透镜和亚衍射超透镜。全电介质的起源使得解决损耗和缩放这两个金属结构的主要问题变得更加简单，从而促进了太赫兹和光学范围内的未来应用。
2010-06-03 physics.optics
Omnidirectional total transmission at the interface associated with an anisotropic dielectric-magnetic metamaterial
基于Ewald-Oseen消光定理，研究了波从真空入射到各向异性介质-磁性材料中的全透射问题。结果表明，全向全透射不需要限制在与传统的各向异性介质的界面。近年来，一种新型的各向异性介磁材料的出现，使全向全透射成为可能。研究发现，全向全透射的内在物理基础是电磁响应的集体贡献。
2006-07-30 physics.optics
Motivated by the theoretical observation that isotropic chirality can exist even in completely random systems, we design a dielectric metamaterial consisting of a random colloid of meta-atoms, which exhibits unprecedentedly high isotropic optical activity. Each meta-atom is composed of a helically arranged cluster of silicon nanospheres. Such clusters can be fabricated by large-scale DNA self-assembly techniques. It is demonstrated that the use of a high concentration of the meta-atoms in the colloid provides significant suppressions of incoherent scattering losses. As a result, the proposed s…
2020-08-15 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Disorder-immune photonics based on Mie-resonant dielectric metamaterials
当光子结构的特征尺寸变得与光波长相当或甚至小于光波长时，制造缺陷不可避免地引入可能消除亚波长光子器件的许多功能的无序。在这里，我们提出了一个新的概念，以实现一个强大的带隙，可以忍受超过30的无序作为一个结果，从光子晶体米氏共振超材料的过渡。通过利用具有高折射率的Mie共振超材料，我们证明了光子波导和腔具有很强的鲁棒性的位置无序，从而提供了一种新的方法，基于带隙的纳米光子器件具有新的性能和功能。
2019-09-25 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Experimental realization of epsilon-near-zero metamaterial slabs with metal-dielectric multilayers
实验上实现了基于金属-介质多层膜的可见光波段近零ε（ENZ）超材料平板。测量了透射、反射和吸收光谱，并用于确定ENZ板的复折射率和有效折射率，这与数值模拟和光学非局域性分析的结果一致。此外，还分析了ENZ平板中的光传输和ENZ棱镜的定向发射。准确确定金属-介质多层超材料板的ENZ波长对于实现许多独特的应用，如相位波前操纵和增强光子态密度具有重要意义。
2013-07-07 physics.optics
Spontaneous emission enhancement in metal-dielectric metamaterials
研究了嵌入层状金属-介质超材料中的偶极发射体的自发发射。我们证明了超高值的Purcell因子在这样的结构中，由于高密度的双曲Islam表面的状态。我们发现，传统的有效介质的方法大大低估了Purcell因子的值，由于存在一个有效的非局部性，我们提出了一个分析模型，同意以及数值计算。
2011-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid metal-dielectric ring resonators for optical magnetic metamaterials down to ultraviolet range
本文从麦克斯韦方程组出发，导出了开口环谐振器的磁共振模型。使用这个模型，我们重新审视开口环谐振器的缩放。受我们模型的启发，我们提出了一种新型的分裂混合金属-介质环形谐振器，其环形由中等高折射率的介质材料（如SiC，TiO 2，ZnS）（主要部分）组成，而金属（如Ag）填充间隙。这种新的磁性超材料能够克服开口环谐振器的饱和问题，因此能够在短波长下工作到紫外线范围。
2012-10-02 physics.optics
All Dielectric Biaxial Metamaterial: A New Route to Lossless Dyakonov Waves with Higher Angular Existence Domain
在这篇文章中，我们提出并数值分析了一个全介质双轴超材料[ADBM]的亚波长脊阵列的硅和平坦的二氧化硅层的多层图案化构造。建议ADBM可以支持Dyakonov表面波[DSWs]具有无限的传播长度，可以在一个很宽的角度域中传播。虽然天然的单轴和双轴材料以及纳米线全电介质超材料也可以支持DSW，但角存在域[AED]限于非常窄的范围。我们提出的ADBM可以支持可以克服这个限制，它可以实现更高的AED比任何所有的电介质结构在文献中报道的日期。我们提出的ADBM可以很容易地通过当前的制造技术制造。由于其无损耗的特性，它可以在光学传感、光学互连、波导、太阳能收集等方面获得实质性的应用。
2017-01-16 physics.optics
Control of the surface plasmon dispersion and Purcell effect at the metamaterial-dielectric interface
研究了在金属-介质结构中使用超材料作为减轻金属吸收对Purcell效应的负面影响的方法。层状金属-介质结构在长波长范围内被视为各向异性介质。出现在这样的结构和不同的介电材料之间的边界处的表面等离子体激元的色散，以及在局部态密度的峰值的位置进行了研究的各种组合的材料和填充因子的周期性结构。Purcell因子的计算频率依赖性表明，与传统的等离子体结构相比，峰值增加。
2020-03-13 physics.optics
Infrared dielectric metamaterials from high refractive index chalcogenides
高折射率介电材料在纳米光子器件和应用中有很大的需求，从纳米光学元件到无金属亚衍射光限制和波导。在这里，我们表明，硫族化物拓扑绝缘体是特别合适的候选人介电纳米光子架构在红外光谱范围内的报告超材料共振硫族化物晶体内持续良好的中红外，选择Bi $_2$ Te $_3$作为案例研究在这个家庭的材料。由于在整个2-10 $μ$ m区域中范围在7和8之间的异常高的折射率，实现了入射电磁场的强共振调制。对超材料中复杂模式结构的分析暗示了极向表面电流的激发，这可以通过耦合到自旋极化拓扑表面载流子来为增强的光-物质相互作用和低损耗等离子体配置打开路径，从而提供了在单个平台中组合介电，等离子体和磁性超材料的新机会。
2019-11-21 physics.optics
Realization of an all-dielectric zero-index optical metamaterial
超材料为操纵物质的光学性质提供了前所未有的灵活性，包括获得负折射率，超高折射率和手性光学性质的能力。近年来，具有近零折射率的超材料引起了人们的广泛关注。这种材料内部的光不经历空间相变和极大的相速度，这些特性可用于实现定向发射、隧道波导、大面积单模器件和电磁斗篷。然而，在光频率以前证明零或负折射率超材料需要使用金属夹杂物，导致大的欧姆损耗，严重阻碍设备的应用。在这里，我们实验证明了一个阻抗匹配的零指数超材料在光频率的基础上纯电介质成分。由堆叠的硅棒单元电池形成，超材料具有几乎各向同性的低折射率响应，导致从放置在材料内的量子点的透射和定向发射的角度选择性。
2013-07-18 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
Low-loss surface modes and lossy hybrid modes in metamaterial waveguides
我们表明，波导的介质芯和有损耗的超材料包层（超材料介电波导）可以支持混合普通表面模式以前只知道金属介电波导。这些混合模式对于频率滤波应用是潜在有用的，因为场衰减的急剧变化发生在可定制的频率处。我们的研究结果还表明，具有可比的电和磁损耗的超材料-介质波导的表面模式可以比仅具有电损耗的类似金属-介质波导的表面模式损耗更小。通过表征平板和圆柱形超材料介电波导，我们发现，圆柱形波导的表面模式显示出作为低强度脉冲的全光控制的候选人的希望。
2012-05-25 physics.optics
Experimental demonstration of tunable graphene hyperbolic metamaterial
按需调节宏观介电响应具有可主动调节的超光子学和光学器件的潜力。近年来，石墨烯作为纳米光子学中的可调谐元件得到了广泛的研究。大量的理论工作已经致力于调整石墨烯/电介质异质结构的双曲线性质，然而，到目前为止，这样的主题还没有被实验证明。在这里，我们专注于石墨烯/极化激元电介质超材料，具有由电介质的极性响应引起的强光学共振，通常难以主动控制。通过控制石墨烯的掺杂水平，通过外部偏压，我们实验证明了从费米能级EF = 0 eV到EF = 0.5 eV的宽范围的可调谐性，这产生了有效的ε-近零交叉和可调谐的介电性质，通过光谱椭圆偏振法和透射测量验证。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Squeezing electromagnetic energy with a dielectric split ring inside a permeability-near-zero metamaterial
基于磁导率近零异向介质的特殊性质，提出了一种新的电磁能量压缩机制。几乎没有能量流可以进入位于磁导率接近于零的材料内的常规介电区域。当源被介电分裂环（具有间隙开放的隔离器）包围时，由源产生的电磁能量被迫通过间隙传播。当间隙较窄时，能流密度变得很大，使间隙中的磁场急剧增强。狭窄的间隙可以是长的和弯曲的。这为我们提供了一种不使用共振增强而获得强磁场的方法。
2010-02-27 physics.optics
Broad Angle Negative Refraction in Lossless all Dielectric Multilayer Asymmetric Anisotropic Metamaterial
在这篇文章中，它已经从理论上证明了宽角负折射是可能的，与非对称各向异性的超材料构造仅由无损耗或无损耗的半导体在电信和相对波长范围。自然界的单轴材料虽然可以呈现负折射，但最大负折射角和临界入射角的范围很窄。我们提出的结构可以克服这个值得注意的问题。在我们的结构中，负折射源于高度非对称的椭圆等频。这是由旋转的多层亚波长电介质/半导体堆叠人工产生的，它充当有效的非对称各向异性超材料。这种负折射是在不使用任何负介电常数材料（如金属）的情况下实现的。由于我们使用的是简单的超材料，因此这种结构的制造将比金属基超材料的制造简单。我们提出的想法已经得到了验证，也通过考虑有效介质方法和现实结构模型的全波模拟。这种器件在光子学和光电子学中有重要的应用。
2015-05-26 physics.optics
Optically induced metal-to-dielectric transition in Epsilon-Near-Zero metamaterials
ε近零材料表现出介电常数实部随波长从正值到负值的转变。在这里，我们研究金属-电介质层状超材料的均匀制度（每层具有强烈的亚波长厚度）与零实部的介电常数在近红外区域。通过光学泵浦的超材料，我们实验表明，接近ε等于零（EEZ）的波长的介电常数表现出显着的过渡，从金属（负介电常数）的电介质（正介电常数）作为光功率的函数。值得注意的是，这种转变作为泵浦功率的函数是线性的，并且发生在100 fs泵浦脉冲的量级的时间尺度上，其不需要被调谐到特定波长。介电常数增加的线性度允许我们以标准三阶光学非线性来表达超材料的响应：这显示了在穿过EEZ波长时实部和虚部的作用的明确反转，进一步支持超材料的物理行为中的光学诱导变化。
2016-01-26 physics.optics
Controlling metamaterial resonances via dielectric and aspect ratio effects
研究了通过控制开口环谐振器（SRR）的纵横比和衬底厚度来提高其基波电感电容（LC）谐振的灵敏度和动态调谐范围的方法。我们得出结论，这两个因素可以显着影响LC谐振。我们表明，由薄衬底上的低高度SRR组成的超薄膜对其介电环境的变化最敏感，因此在传感应用中表现出出色的潜力。
2010-11-16 physics.optics
Nonlocal effective medium analysis in symmetric metal-dielectric multilayer metamaterials
从理论和实验上研究了对称金属-介质多层超材料在横向磁偏振光入射下的光学非局域性。从传输矩阵法出发，推导了非局部有效介质理论，确定了对称金属-介质多层叠层中依赖于频率和波矢的非局部有效介电常数。与局部有效介质理论相比，我们提出的非局部有效介质理论可以准确地预测从制造的多层堆叠测量的入射角相关的反射光谱，并提供非局部色散关系。此外，通过对色散关系和本征模的分析，利用非局域有效介质理论研究了多层膜中大波矢的体等离子体激元。
2015-05-30 physics.optics
Plasmonic angular momentum on metal-dielectric nano-wedges in a sectorial indefinite metamaterial
本文对扇形无限异向介质芯区周期性金属-介质纳米楔结构调制的等离子体角动量进行了解析研究。采用的传输矩阵计算和保角映射技术，我们的理论是能够处理现实的配置任意扇区数和圆角楔形提示。我们证明了在深亚波长区，强电场携带高方位角变化可以存在于靠近结构中心的仅10纳米长度尺度内，并且自然地以距离中心100纳米量级的特征半径为界。这些极端的限制性能表明，在纳米级光子操纵方面，所研究的结构可能优于传统的金属-电介质波导或腔。
2013-09-18 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
Analogue of electromagnetically induced transparency with high Q factor in Metal-dielectric metamaterials
数值研究了金属-介质超材料的电磁感应透明行为，最大Q值达到28000。它由两层组成，一层为亮模的金属条叠置在另一层为亮模的介质棒上。金属条产生的宽电偶极子与介质棒产生的窄环形偶极子之间的相干耦合导致了相消干涉，从而引入了透明窗口。有趣的是，EIT窗口可以通过改变两层的参数和中间间隔物的厚度来有效地影响。这一过程可以用两粒子模型来解释。此外，EIT窗口内的辐射损失得到了很大的抑制，慢光效应得到了很大的改善。这些优异的性能也为光学范围内的滤光片和敏感的化学和生物传感器提供了有效的平台。
2019-08-23 physics.optics
Terahertz optically tunable dielectric metamaterials without microfabrication
我们从理论上研究了半导体平板上的太赫兹介电响应。这种周期性结构是由于两个倾斜的红外平面波的干涉激发了电荷载流子，从而可以分别通过改变光束强度和入射角来调节光栅的深度和周期。在光栅周期远小于太赫兹波长的情况下，我们通过电磁全波模拟耦合到由红外辐射激发的电荷载流子的动力学来数值评估有效介电常数张量的普通和非凡分量。我们表明，光致超材料的光学响应可以通过改变光栅定制，它的范围从双折射到双曲线到各向异性负介电，而无需诉诸微加工。
2012-12-17 physics.optics
A non-resonant dielectric metamaterial for enhancement of thin-film solar cells
最近，我们提出了介电超材料，其由位于非晶薄膜太阳能电池顶部的亚微米介电球体阵列组成。我们已经从理论上表明，这种超材料可以减少反射，同时可以抑制通过光伏层的传输，因为它将入射平面波转换成一组聚焦光束。这一理论概念已得到有力的发展和实验证实，在本文件中。在这里，我们考虑的超材料的倾斜角照明，重新设计的太阳能电池，并提出了详细的实验研究的整个结构。与我们先前的理论研究相比，我们表明，我们的全向光捕获结构可能比等离子体增强化学气相沉积获得的优化平面涂层更好地工作。
2014-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Negative index and mode coupling in all-dielectric metamaterials at terahertz frequencies
本研究探讨太赫兹频段全介质超材料中米氏共振模式耦合对负有效折射率的作用，分析晶格周期、模式频率重叠的影响，揭示耦合强度与折射率的关系，并对比模式耦合与超材料杂化效应。
2017-09-28 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
All Dielectric Metamaterial Loaded Tunable Plasmonic Waveguide
在这篇文章中，2D等离子体激元波导加载全介质各向异性超材料，由交替层的Si-SiO2，已提出和数值分析。计算了不同脊宽和脊高的通信波长下波导的主要特性，即传播常数、传播长度和归一化模面积。相应的一维结构的波导已被解析求解的各向异性脊作为一个单一的单轴介质与介电张量定义的有效介质理论（EMT）。利用Comsol Multiphysics中的模态分析模块，通过有限元模拟对二维结构进行了数值分析。数值模拟中考虑了EMT和实际多层膜结构。与常规DLSSP波导相比，具有所有电介质超材料的这种结构提供了额外的自由度，即填充因子、Si-SiO2晶胞中Si层的分数，以调谐传播特性。对于不同的填充因子值，已经观察到所有特性的大范围变化。此外，还考虑了第一界面层的影响。虽然全介质超材料已经被应用于光子波导中作为包层，但在等离子体波导中的实现还没有被研究。该器件在深亚波长光学、光子晶体和光电子学等领域有着广阔的应用前景。
2016-12-28 physics.optics
Pancharatnam-Berry phase induced spin-selective transmission in herringbone dielectric metamaterials
操纵光的偏振对于传感和成像应用至关重要。一个这样的方面特别是当光透射通过介质或装置时一个圆偏振（自旋）的选择性透射。然而，实现这一点的大多数现有方法具有相对低的效率和选择性，而高选择性的示例依赖于有损耗的和复杂的三维螺旋或多层结构。在这里，我们提出了一种电介质超材料的方法来实现电磁波的自旋选择性传输，利用自旋控制的建设性或相消干涉之间的两个Pancharatnam-Berry（PB）相结合的传播动态相位。由单片硅人字形结构组成的电介质超材料在太赫兹范围内表现出宽带操作，同时获得高达60%的自旋选择效率。这样的装置是坚固的并且不容易由于制造中的误差而劣化。
2016-10-01 physics.optics
Composites of resonant dielectric rods: A test of their behavior as metamaterial refractive elements
我们报告的光波在高折射率介质棒的复合材料中的传播的数值实验，在其第一电和磁米氏共振激发的频率。这些粒子的阵列已被广泛研究，并提出作为非吸收和各向同性的超材料。我们发现，负折射，观察到有序的颗粒阵列，是由于衍射和有效介质理论产生的本构参数，不重现这些复合材料中的观察，其传输也取决于样品的形状。这进一步证实了无序的阵列，在这种情况下，出现大的传输损耗，由于消光的共振散射的颗粒。因此，这些复合材料虽然吸收很少，但由于散射而具有大的消光。
2012-02-03 physics.optics
Inhomogeneous All-Dielectric Magnetic Metamaterials
伴随着共振吸收现象的异常场增强最初是在等离子体物理的背景下以及在与地面和返回地球的航天器之间的无线电通信有关的应用中讨论的。实际上，存在由于由高速飞行器重新进入大气层所产生的等离子体鞘层对电磁波的反射/吸收而丢失所有通信的关键时间段。虽然在太空中对这些现象进行详细的实验研究具有挑战性，但电磁超材料的出现使研究人员能够在实验室环境中研究它们。在这里，我们实验证明了电磁波斜入射到基于Mie共振的非均匀异向材料上的局域场增强，该材料的磁导率从正值逐渐变为负值。
2015-07-23 physics.optics
We propose herein a method of material-structure integrated design for broadband absorption of dielectric metamaterial, which is achieved by combination of genetic algorithm and simulation platform. A multi-layered metamaterial absorber with an ultra-broadband absorption from 5.3 to 18 GHz (a relative bandwidth of as high as 109%) is realized numerically and experimentally. In addition, simulated results demonstrate the proposed metamaterial exhibits good incident angle and polarization tolerance, which also are significant criteria for practical applications. By investigating the working prin…
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Optical Switching with Epsilon-Near-Zero Metamaterials
本研究提出利用ENZ超材料的多功能片上光学器件，通过相位调制实现精准光束控制，兼具全光开关与可调谐分束器功能，为集成光子领域提供紧凑可扩展的方案。
2025-01-16 physics.optics
Terahertz volume plasmon-polariton modulation in all-dielectric hyperbolic metamaterials
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
Is there a metamaterial route to high temperature superconductivity?
材料的超导性质，如电子-电子相互作用和超导转变的临界温度可以通过材料的有效介电响应函数来表示。这种描述在超导相干长度（库珀对的大小）以下的空间尺度上是有效的，超导相干长度在典型的BCS超导体中等于~100 nm。寻找具有较大电子-电子相互作用的天然材料是高温超导研究的传统方法。在这里，我们指出，最近发展的电磁超材料领域涉及到一些相关的任务介电响应工程的亚100纳米尺度。我们认为，介电响应工程的超材料方法可能会大大提高复合超导体-介电超材料的临界温度。
2014-05-06 cond-mat.supr-con physics.optics
Ultrafast Switching in Terahertz Metamaterials using Ion Implanted Silicon on Sapphire
我们展示了太赫兹超材料的超快共振开关，通过光激发的辐射损伤硅放置在单个分裂间隙环谐振器的间隙。我们观察到的基本谐振模式的动态切换关闭的时间尺度为4皮秒（ps），随后由相同的谐振开关后20 ps。通过数值模拟得到的超材料单胞中的电场分布清楚地支持了我们的实验观察，表明谐振器间隙处的高电场，负责电感-电容谐振（LC），完全消失，并在光激发后关闭谐振。超材料共振的超快开关归因于离子注入硅中自由载流子的产生及其在超短时间尺度上的复合。这种基于硅的超材料的主动控制可以导致超快太赫兹元器件。
2014-07-10 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
Planar Metamaterials for Antireflection Coating
我们提出了一种新的方法，利用平面超材料的电介质表面。它由一个开口环谐振器阵列和一个金属网组成，由一个薄的电介质间隔物隔开。该涂层显著地降低了反射率，并且在宽入射角范围和窄带宽内极大地增强了透射率。通过调整在超材料边界处反射和透射的波的幅度和相移来实现抗反射，从而导致反射中的相消干涉和透射中的相长干涉。涂层可以非常薄，并且对间隔物介电常数没有要求。
2010-02-11 physics.optics
On-chip all-dielectric fabrication-tolerant zero-index metamaterials
零折射率超材料（ZIMs）提供了前所未有的操纵光的方法，并且在广泛的应用中引起兴趣，包括光学隐身、超耦合和非线性光学中的非常规相位匹配特性。阻抗匹配的ZIM可以通过由布里渊区中心处的两个线性带（通常是电偶极子模式和横向磁偶极模式）的意外简并引起的光子Dirac-cone（PDC）色散来获得。因此，PDC只能针对超材料的几何参数的特定组合来实现，并且因此对制造缺陷敏感。这些制造缺陷可能限制在实际应用中的有用性。在这项工作中，我们克服了这个障碍，并证明了强大的全介质（AD）ZIM，支持PDC分散在宽的参数空间。我们的结构，由硅柱阵列在二氧化硅衬底上，是在硅绝缘体（SOI）平台上制造的，并在电信波长工作。
2016-08-19 physics.optics
High-index dielectrics can confine light into nano-scale leading to enhanced nonlinear response. However, increased momentum in these media can deteriorate the overlap between different harmonics which hinders efficient nonlinear interaction in wavelength-scale resonators in the absence of momentum matching. Here, we propose an alternative approach for light confinement in anisotropic particles. The extra degree of freedom in anisotropic media allows us to control the evanescent waves near the center and the radial momentum away from the center, independently. This can lead to a strong light c…
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Metallo-dielectric core-shell nanospheres as building blocks for optical 3D isotropic negative-index metamaterials
显示出在自然存在的介质中无法获得的电磁特性的材料，即所谓的超材料，最近一直是并且仍然是光学和材料物理与工程中最活跃的领域之一。在这些性质中，最有吸引力的一个是亚衍射分辨能力预测的介质具有折射率为-1。在这里，我们提出了一个全3D，各向同性的超材料与强大的电和磁响应的光学制度的基础上，球形金属介电核壳纳米球。磁响应源于具有高折射率的电介质壳的最低磁偶极共振，并且可以被调谐以与负责电响应的金属芯的等离子体共振一致。由于响应不是源于结构之间的耦合，因此不需要施加特定的周期性布置。此外，由于组分的几何形状，超材料本质上是各向同性和偏振无关的。它可以用当前的制造技术用诸如银（芯）和硅或锗（壳）的材料来实现。对于这些特定的现实设计，超材料在1.2-1.55微米的范围内呈现负折射率。
2011-11-07 cond-mat.other physics.optics
