Lateral forces on nanoparticles near a surface under circularly-polarized plane-wave illumination
光学力允许操纵小颗粒和控制纳米光子结构与光束。在这里，我们描述了一个反直观的横向光学力作用于粒子放置在基板上，均匀的平面波照明下，没有任何场梯度。我们表明，在圆偏振照明下，纳米粒子经历的偶极，自旋敏感的散射的结果的横向力，与其他光学力的幅度相当。为此，我们严格计算的力所经历的圆极化偶极子辐射以上的表面。与线性极化偶极子不同，平行于表面的力分量可以存在，这是由在表面处激发的单向导模的反冲和/或由偶极子-偶极子与诱导的镜像偶极子的相互作用引起的。这些结果已在会议[1]和[2]中介绍和讨论。
2015-04-14 physics.optics
Static SERS with near-minus-one-epsilon substrate
Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics（理论与应用电磁学研究所）；Dukhov Research Institute of Automatics (VNIIA)（杜霍夫自动技术研究研究所（VNIIA））；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文提出了一种基于近负一介电常数基底的SERS增强机制，通过纳米粒子与分子间的偶极子辐射增强Raman信号，实现SERS强度提升10000倍。
2026-05-08 physics.optics
Coherent control of levitated nanoparticles via dipole-dipole interaction
本研究提出双悬浮纳米粒子耦合系统方案，通过调制捕获激光相位和粒子间距诱导非互易耦合，实现热压缩态、随机相位相干态的高保真传输，并借助反馈非线性与参量驱动达成同时双稳态，可应用于量子信息等领域。
2024-04-15 physics.optics quant-ph
Relaxation of a Quantum Emitter Resonantly Coupled to a Metal Nanoparticle
当局域表面等离子体模式通过与激发的量子偶极子的共振耦合被激发时，量子偶极子发射体附近的金属纳米颗粒的存在显著地改变了弛豫动力学：它不再由指数衰减描述，而是表现出阶梯状行为。这种弛豫过程的主要物理结果是，发射主要由金属纳米颗粒决定，具有相当大的延迟。大量的系统参数在我们的分析描述打开了新的可能性，控制量子发射动力学。
2013-11-21 physics.optics
Coupled electric dipole model for a Su-Schrieffer-Heeger chain of optically resonant coreshell nanoparticles
International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（伊比利亚纳米技术国际实验室）
本文提出利用耦合电偶极子模型研究Si@Ag核心壳纳米颗粒的SSH链，揭示其在共振频率处支持多个拓扑边缘态。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast Energy Transfer in the Metal Nanoparticles-Graphene Nanodisks-Quantum Dots Hybrid Systems
杂化纳米复合材料可以提供广泛的机会来控制纳米尺度下的光-物质相互作用和电磁能流，从而产生奇异的光电子器件。本文从理论上研究了贵金属纳米颗粒-石墨烯纳米盘-量子点混合体系在电磁波谱光学区的偶极-偶极相互作用。量子点被假定为一个三能级原子与超短控制脉冲和探测脉冲的相互作用。通过数值求解密度矩阵元素的时间演化，研究了系统的动力学行为。我们调查的石墨烯纳米盘和激子的量子点在金属纳米粒子的存在下，在稳态和特定的几何条件下的系统的表面等离子体共振之间的能量交换率。超快的人口动力学获得了一个大的能量交换率显着依赖于金属纳米粒子的大小。可以通过改变系统的部件之间的中心到中心的距离以及它们相对于彼此的位置来控制功率传输。我们还发现，系统内的能量转移率是由探测场拉比频率，增强的偶极-偶极相互作用。
2018-05-05 physics.optics
Whispering gallery mode single nano-particle detection and sizing: the validity of the dipole approximation
回音壁模式（WGM）和小纳米粒子之间的相互作用通常通过将粒子视为点偶极散射体来建模。只要纳米颗粒半径$a$与WGM波长$λ$相比较小，则假定该方法是准确的。然而，在这篇文章中，我们表明，与WGM的倏逝衰减相关联的大的场梯度导致偶极子理论显着低估的相互作用强度，因此诱导WGM共振位移，即使是小到$a\sim λ/10$的粒子。为了缓解这个问题，我们采用了重整化玻恩近似，以更准确地确定纳米颗粒诱导的共振位移，从而使改进的颗粒尺寸。这种近似的有效性域的调查和支持的实验结果。
2016-11-29 physics.optics
Plasmon oscillations in ellipsoid nanoparticles: beyond dipole approximation
在准静态近似下研究了金属三轴椭球纳米粒子的等离子体激元振荡。本文提出了一种求解任意多极阶等离子体激元振荡势和频率的解析表达式的一般方法。导出了前24个模式的电势和等离子体激元振荡频率的解析表达式。其他高阶等离子体激元模式进行了数值研究。
2008-11-25 physics.chem-ph physics.optics
Control of the stability and soliton formation of dipole moments in a nonlinear plasmonic finite nanoparticle array
我们进行了数值分析的有限的纳米颗粒阵列，其中的横向偶极偏振激发的均匀光场。考虑到线性长程偶极-偶极相互作用和粒子的立方偶极非线性，有限数目纳米粒子阵列的稳定性特征与无限数目纳米粒子阵列的稳定性特征相比需要进行修正。在双稳态曲线的低分支中发现了一个临界点，超过该临界点，对于有限数量的纳米颗粒，低分支变得不稳定。详细研究了外场强度和失谐频率对该临界点的影响。当粒子总数接近无穷大时，我们的结果变得与无穷大粒子系统的结果相似[cf.参考文献32]。值得注意的是，适当的外光场，形成暗偶极孤子。此外，当尺度失谐量取适当值时，形成了由两个粒子组成的双孤子（DMDS）。由于其宽度非常小，在亚波长高精度探测方面具有潜在的应用前景。
2014-11-17 nlin.PS physics.optics
Fourier modal method for the description of nanoparticle lattices in the dipole approximation
严格耦合波分析（RCWA）是研究多层垂直不变周期结构光学特性的有效工具。然而，由于局部场的高梯度，它不能处理小颗粒的阵列。在这篇论文中，我们利用离散偶极近似（DDA）来建构共振奈米粒子阵列的散射矩阵。这大大加快了计算速度，因此提供了一个机会，彻底考虑各种分层结构的小周期性夹杂物的RCWA。我们详细研究了该方法的三个主要阶段：计算单个纳米粒子的极化率张量，该粒子在晶格中的有效极化率和相应的散射矩阵层进一步整合在传统的RCWA方法。我们证明了所提出的方法的性能，通过考虑等离子体晶格嵌入在均匀的气氛中，放置在光波导内部和上，并比较我们的结果与实验论文。观察到局域表面等离子体共振（LSPR）和晶格等离子体共振（LPRs）等现象，以及它们与光子导模的杂交。通过与其他计算方法的比较，表明了该方法的高精度和快速收敛性。我们的近似方法的适用性的典型限制是由其误差的结构参数的依赖性的探索。
2019-10-06 physics.optics
Resonant transmission suppression in high-index nanoparticle arrays
高折射率纳米粒子晶格由于支持光、电、磁共振并可作为功能超颖表面而引起了人们的广泛兴趣。在这里，我们证明了在特定条件下，全介电纳米颗粒超颖表面可以共振抑制传输。在可见光和近红外光谱范围内，研究了硅纳米颗粒阵列在空气和电介质基质中的电和磁偶极共振。我们表明，波共振散射向前的一个或两个电和磁的纳米粒子的偶极矩可以破坏性地干扰入射波，通过阵列的传输提供显着的抑制。报道的效应可以在与光学和光子学相关的不同领域中找到重要的应用，例如滤波器，传感器和太阳能电池的开发。
2018-11-25 physics.optics
Imaging the dipole scattering of an optically levitated dielectric nanoparticle
我们使用高数值孔径（NA）成像系统实验观察纳米粒子的偶极子散射。光学悬浮的纳米颗粒提供了没有颗粒-基底相互作用的环境。我们照射的二氧化硅纳米粒子在真空中与532 nm的激光束正交的1064 nm的捕获激光束的传播方向强烈聚焦的相同的高NA物镜用于收集散射，这导致在黑暗的背景和高的信噪比。通过测量当我们旋转照射光偏振时在图像和傅立叶空间（k-空间）中的散射光分布来研究入射激光的线偏振引起的纳米颗粒的偶极子取向。当纳米粒子的偶极取向沿显微镜物镜的光轴对齐时，观察到特殊情况下的偏振涡旋（矢量光束）。我们的工作为研究Kerker条件下的散射各向异性提供了一个重要的平台。
2021-07-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of strong and tunable light-induced dipole-dipole interactions between optically levitated nanoparticles
本研究在光学悬浮纳米粒子阵列中观测到强且可调的光诱导偶极-偶极相互作用，其源于光场相位相干性，并可通过偏振控制实现静电耦合，为可编程多体系统奠定基础。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Radiative heat transfer between metallic nanoparticles
在这封信中，我们研究了近场和远场两个纳米粒子之间的辐射传热。我们发现，电介质颗粒的热传递主要是由电偶极-偶极相互作用，金属纳米颗粒的热传递主要是由磁偶极-偶极相互作用。我们引入极化率公式适用于任意值的趋肤深度。虽然金属和介电纳米粒子的传热机制是不同的，我们表明，距离依赖性是相同的。然而，热通量对颗粒半径的依赖性是不同的。
2008-03-06 physics.atm-clus physics.class-ph physics.optics
Multipole plasmons and their disappearance in few-nanometer silver nanoparticles
在电子能量损失谱（EELS）的单个银纳米粒子封装在氮化硅中，我们观察到除了通常的偶极共振的额外的表面等离子体（SP）共振对应于更高的角动量。我们甚至观察到这两个共振的纳米粒子半径小到4纳米，在以前只有偶极共振被假定发挥作用。位于粒子外部的电子束主要激发偶极模式，但当在粒子表面激发时，高阶共振甚至可以主导偶极峰，这是最大EELS信号的通常选择。这使我们能够分别研究两种共振的半径依赖性。对于小于4 nm的粒子，高阶SP模式消失，与广义非局域光学响应（GNOR）理论一致，而偶极共振蓝移超过GNOR预测。与光学光谱不同，多极表面等离子体激元在EELS光谱中非常重要，即使是超小的金属纳米颗粒。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ideal magnetic dipole scattering
我们介绍了可调理想磁偶极子散射的概念，其中一个可调的纳米粒子散射光作为一个纯磁偶极子。高折射率亚波长纳米粒子通常支持电和磁偶极子响应。因此，为了实现理想的磁偶极子散射，必须抑制电偶极子响应。这种可能性最近被证明为所谓的anapole模式，这是与零电偶极子散射。通过叠加磁偶极共振和阿那普尔模式，我们实现了理想的磁偶极散射在远场与可调谐的高散射共振在近红外光谱。我们证明了这样的条件可以实现两个亚波长的几何形状。一种是由金核和硅壳组成的核壳结构纳米球。它也可以在其他几何形状中实现，包括与当前纳米纤维技术兼容的纳米盘。
2017-01-18 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
Analytical approach to the surface plasmon resonance characteristic of metal nanoparticle dimer in dipole-dipole approximation
本研究主要探讨双粒子相互作用对含有两个相同金属纳米粒子的二聚体表面等离子体共振的影响。考虑到类Drude模型中的偶极-偶极相互作用，推导出了每个NP的介电常数的适当方程。通过对实验数据的分析，考虑了与经典约束相关的有限尺寸纳米颗粒的恢复力，并对该恢复力进行了适当的调整。考虑了激光束电场的两种不同偏振态，结果表明，电场的取向对二聚体的线性光学性质有重要影响。对4 nm和20 nm两种不同直径的金纳米粒子的二聚体进行了数值研究。对于平行极化，偶极-偶极相互作用导致SPR波长红移，峰值增大，而对于垂直极化，结果完全相反。对于所有的情况下，它示出的SPR波长功能相对于的几何因子$a/d$（NP半径的分离）可以提出一个三次方程，适合更好地比指数的建议，由早期的研究，这表明偶极-偶极特性的相互作用。定性地说，我们的结果与其他实验研究吻合得很好。
2020-01-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Long-Range Dipole-Dipole Interactions Enabled with Guided Plasmons of Matched Nanoparticle-on-Mirror Antenna Pairs
本文设计匹配的纳米颗粒-镜面天线对，利用表面等离激元极化激元导向偶极-偶极相互作用，实现约10波长长程DDI增强，为纳米尺度长程DDI现象研究提供测试平台。
2025-01-31 physics.atm-clus physics.optics
Optical trapping of nanoparticles by full solid-angle focusing
光学偶极阱广泛应用于经典光学、量子光学和生物物理学等领域。在这里，我们提出并实现了一个偶极阱的纳米粒子，是基于从全立体角与深抛物柱面镜聚焦。关键的方面是线性偶极模式的产生，预计将提供一个紧密的捕获潜力。我们演示了棒状纳米粒子的捕获，并验证了捕获频率是预期的顺序。所描述的光阱的实现可应用于各种其他类型的固态目标。所得到的结果表明，光学偶极陷阱，同时提供高的陷阱刚度，并允许在自由空间中的光和物质的有效相互作用的可行性。
2016-09-13 physics.optics quant-ph
Elusive pure anapole excitation in homogenous spherical nanoparticles with radial anisotropy
对于具有入射平面波的均匀各向同性电介质纳米球，笛卡尔电偶极子和环形偶极子可以被调谐以在远场散射方面彼此抵消，从而导致有效的阳极激发。然而，与此同时，其他多极子，如磁偶极子具有可比的散射功率被激发，与阳极混合，并导致不可忽略的总散射截面。在这里，我们表明，对于均匀的介电纳米球，径向各向异性可以用来显着抑制其他多极激发，这在同一时间不妥协的笛卡尔电偶极子和环形偶极子之间的完整的散射cancallation的属性。这使得在径向各向异性的电介质纳米球中实现了难以捉摸的纯阳极激发，这可能为许多与散射相关的基础研究和应用提供新的思路。
2015-09-01 physics.optics
Rayleigh Anomaly Induced Phase Gradients in Finite Nanoparticle Chains
我们报告的理论研究，在有限的纳米颗粒链的瑞利异常引起的异常相梯度。相对于所施加的平面波的相位定义的这些相位梯度导致来自链的衍射方向相对于从用于无限链的光栅方程预期的方向的偏差。为了从理论上研究这种效应，我们使用基于离散偶极子近似的分析方法，该方法揭示了控制链动力学的多散射过程的组合性质。我们发现一个近似的封闭形式的解决方案，以粒子的偶极矩描述的单一互易系统与两个非互易的，单向系统的连续解决方案。在这个框架内，我们得到链激发不同的散射路径之间的干涉。此外，我们表明，沿链的偶极矩是由广义斐波那契级数所规定的递归关系。研究结果为理解纳米粒子阵列的动力学提供了一个新的视角。具体而言，独特的方法，分析空间激励的阵列夹杂物可能会出现新的光周期性行波天线的光学制度，如激光雷达，拓扑状态分析和任意波束成形方案的应用。
2022-12-17 physics.optics
Coulomb and quenching effects in small nanoparticle-based spasers
我们数值研究了模式混合和增益分子之间的直接偶极-偶极相互作用对具有金属核和掺杂染料的电介质壳的小复合纳米颗粒中的spasing的影响。结合麦克斯韦-布洛赫方程和格林函数，计算了不同增益密度下的激光频率和阈值粒子数反转。我们发现非共振等离子体激元模的增益耦合对脉冲阈值的影响可以忽略不计。相比之下，直接偶极-偶极耦合通过引起增益分子的激发频率的随机移位而阻碍在小系统中达到spasing阈值。考虑到这些影响，我们确定了一个参数空间区域，在该区域中可以发生spasing。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-Mie Optical Resonances in Anisotropic Biomineral Nanoparticles
纳米粒子的光学性质在许多学科中具有重要的基础和应用价值，因此一直受到人们的关注。最近出现的全介质纳米光子学领域利用具有高折射率的介电纳米颗粒中的光致电磁Mie共振。这种性质允许获得额外的有价值的自由度来控制纳米光子结构的光学响应。在这里，我们提出了一个概念上不同的方法，在介电纳米粒子达到光学共振。我们发现，缺乏传统的米氏共振，低指数纳米粒子可以表现出一种新的各向异性诱导的家庭非米氏本征模。具体来说，我们调查光与方解石和球文石纳米球的相互作用，并比较他们与米氏散射的熔融石英球。这些粒子具有接近的折射率和相同的尺寸，由于它们的内部结构而表现出显著不同的散射行为。虽然熔融石英球没有表现出任何光谱特征，但方解石的介电常数张量和球霰石的非对角介电常数张量的单轴结构导致散射光谱中的一组可区分的峰。多极子分解和本征模分析表明，这些峰与一个新的家庭的电和磁共振。我们确定磁偶极子模式的普通，非凡和混合极化以及复杂的电偶极子共振，具有显着的环形电偶极矩。由于球文石和方解石都是生物矿物，由各种生物体天然合成和利用，我们的研究结果为理解和阐明真正生物系统光学功能背后的机制提供了不可或缺的工具箱。
2018-10-29 physics.optics
Non-Hermitian physics of levitated nanoparticle array
该研究受双悬浮纳米颗粒可实现可调非互易偶极相互作用的启发，提出悬浮纳米颗粒阵列作为非厄米物理研究平台，通过非布洛赫能带理论揭示其丰富动力学相与连续谱能带自交叉等特性。
2023-10-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interaction Between an Optically Levitated Nanoparticle and Its Thermal Image: Internal Thermometry via Displacement Sensing
我们提出并从理论上分析了一个实验，其中在表面前的光悬浮纳米颗粒的位移传感可以用来测量纳米颗粒和其热图像之间的诱导偶极-偶极相互作用。这是通过使用对捕获光透明但对红外辐射反射的表面来实现的，其反射率可以被时间调制。这种偶极-偶极相互作用依赖于由二氧化硅纳米颗粒发射的热辐射，其具有足够的时间相干性以使反射的辐射与偶极的热波动相关。所产生的力比热梯度力强几个数量级，并且对于大于两微米的颗粒到表面的距离，它强烈地取决于纳米颗粒的内部温度。我们认为，使用表面前悬浮纳米颗粒的位移传感作为内部温度计在实验上是可行的。实验访问的内部物理的悬浮纳米粒子在真空中是至关重要的理解的限制，退相干造成目前的努力致力于制备纳米粒子在宏观量子叠加态。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Anderson localization in metallic nanoparticle arrays
安德森局域化已经在各种类型的波中被观察到，例如物质波、光波和声波。在这里，我们揭示了安德森局域化的效果也可以诱导在金属非线性纳米粒子阵列由随机电驱动场激发。我们发现偶极诱导的非线性导致偶极强度在演化过程中的弹道膨胀，而外部驱动场的随机性可以抑制这种膨胀。将随机性强度增加到阈值以上，可以在金属纳米颗粒阵列中产生偶极强度的局部图案。通过统计分析，偶极子的平均强度分布揭示了安德森局域化的形成。我们进一步表明，产生的安德森局域化是高度受限的，其大小下降到入射波长的尺度。所报道的结果可能有助于在波长尺度上操纵电磁场。
2016-07-28 nlin.PS physics.optics
Unidirectional chiral scattering from single enantiomeric plasmonic nanoparticles
本文提出旋转手性偶极子概念，在等离激元螺旋纳米颗粒中实现圆偏振光的非对称手性散射，实验验证了手性敏感的高度定向前向散射，为手性光-物质相互作用提供新途径。
2024-08-26 physics.optics
Interference of the scattered vector light fields from two optically levitated nanoparticles
我们实验研究了真空中两个光学悬浮纳米颗粒的偶极散射光的干涉，真空中呈现出没有颗粒与基底相互作用的环境。我们用与捕获激光束的传播正交的线偏振探测光束照射两个被捕获的纳米颗粒。来自纳米颗粒的散射光由高数值孔径（NA）物镜收集并成像。观察到了矢量光散射在像空间和傅里叶空间中不同偶极子取向的干涉条纹。特别地，两个具有偏振涡旋的散射光场的干涉条纹显示了两个纳米颗粒中心区域内外的干涉条纹在像空间中的π位移。据我们所知，这是第一次在实验上观测到自由空间中两个偶极子散射矢量光场的干涉。本工作还提供了一种简单直接的方法来确定光学悬浮纳米颗粒之间的空间尺度的干涉条纹。
2022-05-23 physics.optics quant-ph
Disorder-induced Purcell enhancement in nanoparticle chains
在本文中，我们报告的等离子体纳米粒子链与长程偶极-偶极相互作用的数值研究。我们已经表明，位置无序的引入给出了一个峰值的共振态密度（DOS）在单个纳米粒子共振的频率。该峰被称为一维无序结构中的戴森奇点[Dyson F.，1953]，并根据我们的计算，支配本地DOS的光谱特性。这提供了无序诱导的Purcell增强，可以在随机激光和SERS光谱中找到其应用。我们强调，这种效果不仅涉及到等离子体纳米粒子，但任意链的纳米粒子或原子的共振极化率。
2014-11-24 cond-mat.dis-nn physics.optics
Generalized coupled dipole method for thermal far-field radiation
我们介绍了一个多体理论的热远场发射的偶极电介质和金属纳米粒子在衬底附近的波动电动力学的框架内。我们的理论模型包括定义每个纳米颗粒的温度，衬底温度和背景热辐射的温度，分别的可能性。为了证明我们的方法的多功能性，我们应用它在一个示例性的方式，通过讨论平面SiC和Ag衬底上的SiC和Ag纳米颗粒的四个粒子组件的热辐射。此外，我们使用离散偶极子近似来确定在自由空间和接近衬底的球形纳米粒子的热发射。最后，作为另一个例子，计算的热远场辐射的一个尖锐的硅尖接近SiC衬底使用离散偶极子近似，包括近场散射的尖端以及尖端的热发射和贡献的衬底，这是部分地被尖端阻挡。
2022-05-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Circular Huygens Dipoles: Unidirectional Spin-Angular Momentum from Achiral Nanoparticles
London Centre for Nanotechnology（伦敦纳米技术中心）；University College London（伦敦大学学院）
该研究提出环形惠更斯偶极子概念，证实单个硅纳米立方体可实现光自旋与方向的可控切换，为芯片级自旋光学等领域提供了新的无源控制方法。
2026-08-03 physics.app-ph physics.optics
Magnetic dipole radiation tailored by substrates: numerical investigation
本文通过数值模拟研究玻璃、理想电导体、金和双曲超材料衬底对高折射率介电纳米粒子磁共振及散射的调控作用。
2014-02-17 physics.optics
Optimum Forward Light Scattering by Spherical and Spheroidal Dielectric Nanoparticles with High Refractive Index
高折射率介电纳米颗粒由于同时激发的电和磁偶极共振的干涉，可以在可见光和近红外波长处表现出强的定向前向光散射。对于球形高折射率电介质，可以实现所谓的第一Kerker条件，在该条件下，对于折射率和颗粒尺寸的某种组合，后向散射实际上消失。然而，球形粒子的Kerker条件仅在散射共振的尾部是可能的，当粒子微弱地散射光时。在这里，我们表明，显着更高的前向散射可以实现，如果球形颗粒被认为是代替。对于折射率的每个值，存在粒子的最佳形状，其产生最小的后向散射效率以及最大的前向散射。这种效果是由于球形颗粒在共振频率下的磁和电偶极共振的重叠而实现的。它允许设计非常高效，低损耗的光学纳米天线。
2014-12-09 physics.optics
Directional visible light scattering by silicon nanoparticles
首次在实验上证明了球形硅纳米粒子在可见光范围内的定向光散射。这些独特的散射特性是由于单个纳米球内的磁和电偶极共振的同时激发和相互干扰而产生的。远场辐射图案的方向性可以通过改变光波长和纳米颗粒尺寸来控制。在可见光波段，前向散射与后向散射的比值大于6。硅纳米粒子的这些独特性质使其有希望用于设计新型低损耗可见光和电信范围的纳米天线器件。
2012-12-13 physics.optics
Impact of interparticle dipole-dipole interactions on optical nonlinearity of nanocomposites
本文研究了偶极-偶极相互作用对半导体纳米颗粒嵌入体介电基质中的随机分布系统的非线性光学性质的影响。这种效应是由系综中净偶极场的非零方差引起的。得到了描述偶极-偶极耦合对非线性介电常数贡献的解析表达式。导出的关系适用于整个范围的纳米粒子体积分数。的因素进入的贡献，并取决于配置的偶极子计算几种情况下。结果表明，对于不同的偶极子排列方式，这种贡献的相对变化不超过1/3。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-Plasmon Interaction in Nanoparticle Assemblies: Role of the Dipole-Quadrupole Coupling
该研究针对纳米颗粒组装体中等离激元能量色散问题，构建了同等考虑偶极与四极模式的极简模型，通过半解析Bogoliubov变换得到实验相关能带，定量明确了模型适用范围，揭示了小间距下布里渊区中心的四极贡献主导性。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Orbital angular momentum dichroism caused by the interaction of electric-magnetic dipole moments in chiral metal nanoparticles
由手性物体对圆偏振光的响应引起的圆二色性（CD）已经被很好地建立，并且等离子体超分子的强CD近年来也变得令人感兴趣;然而，如果光也具有轨道角动量，则它们的响应还不清楚。本文数值研究了具有轨道角动量和自旋角动量的光束照射下等离子体立方体-突起手征结构的二向色性。在不同的动量下观察到不同的光谱。涡旋光束与光自旋的结合增强了圆二色性。这种现象归因于纳米颗粒的部分空间激发，同时由于涡旋光束的部分激发引起的感应电模式和磁模式以及其他高阶模式的相互作用，导致了强二向色性。这项研究提供了进一步了解手性光-物质相互作用和二色性的光与轨道角动量。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Direct and mediated dipole-dipole interactions in a reconfigurable array of optical traps
State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光学工程研究院现代光学仪器国家重点实验室）
针对光阱阵列中独立控制粒子间相互作用的难题，研究引入辅助纳米粒子作为耦合器，在可重构三粒子阵列中实现了直接偶极-偶极相互作用的广泛可调谐性，并观察到介导相互作用的光谱特征，为多粒子阵列的定制化控制提供了实用途径。
2025-11-05 physics.optics quant-ph
Modal decomposition of localized plasmon on gold nanoparticles
本文在边界元方法中引入奇异值分解和准正则模式分解，将金纳米颗粒的局域表面等离激元光学响应分解为基本模式，以提升物理理解并辅助高效光与物质相互作用的设计。
2024-10-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum theory of plasmon polaritons in chains of metallic nanoparticles: From near- to far-field coupling regime
我们开发了一个量子理论的等离子体激元链的金属纳米粒子，描述近场和远场粒子间的距离，包括等离子体光子Umklapp过程。考虑到纳米粒子之间的长程偶极-偶极相互作用的延迟效应，这是由等离子体自由度耦合到光子连续引起的，我们揭示了系统的正常模式的极化激元性质。我们计算的色散关系和辐射线宽，以及本征模的群速度，并比较我们的数值结果经典电动力学计算内的点偶极子近似。有趣的是，极化激子激发的群速度呈现出几乎周期性的符号变化，并且被发现通过修改纳米颗粒之间的间距是高度可调的。我们表明，远离与自由光子色散的等离子体本征频率的交叉点，光-物质相互作用的解析微扰处理与我们完全延迟的数值计算非常吻合。通过对Hopfield系数的分析，我们进一步定量地研究了光激发和物质激发的杂化。最后，我们考虑无限间距的纳米粒子的限制，并讨论了一些最近的结果，可以在文献中找到的单个纳米粒子。
2021-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic modes in periodic metal nanoparticle chains: A direct dynamic eigenmode analysis
我们展示了一个有效的本征分解方法分析金属纳米颗粒链中的导模。该方法的优点是可以同时显示色散关系和模式质量。它还可以分离材料和几何性质，因此其效率不依赖于材料极化率的复杂性。应用该方法分析了单金属链和双金属链的导模。更准确的动态偶极极化率通常给出一个红移与广泛使用的准静态偶极极化率与辐射校正的结果相比。
2006-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoparticle lattices with electric and magnetic resonances [Prospective]
纳米颗粒阵列中的晶格共振最近已经获得了很多关注，因为在透射和反射中产生光谱窄的共振特征以及显著增加结构中的吸收的可能性。到目前为止，大部分的努力都放在研究这些晶格共振偶极子近似。然而，最近的研究表明，更高的多极子不仅产生谐振特性，而且还涉及交叉耦合，相互影响，并诱导磁电响应。本文综述了近年来在周期性纳米粒子阵列中不同多极子的相互作用和耦合方面的研究成果，并对该领域的进一步发展提出了展望。
2018-09-16 physics.optics
Resonant lattice Kerker effect in metasurfaces with electric and magnetic optical responses
为了实现在亚波长尺寸下的有效光控制，等离子体和全介电纳米颗粒已被用作单个元件以及阵列。在这里，我们研究2D周期性纳米粒子阵列（metasurfaces），支持晶格共振附近的瑞利异常由于电偶极子（ED）和磁偶极子（MD）之间的纳米粒子的共振耦合。硅和核壳颗粒被认为是。我们首次证明，在每个相互垂直的方向上独立地选择晶格周期，可以在一定的光谱范围内实现纳米颗粒的ED晶格共振和MD共振之间的完全重叠，并实现共振晶格Kerker效应（散射或反射的共振抑制）。在此条件下，由于每个纳米颗粒的ED和MD矩在相对于入射光波向后的方向上散射的电磁波之间的相消干涉，结构中的光反射率出现了强烈的抑制。讨论了阵列尺寸对反射率和透射率的影响。基于ED和MD晶格共振重叠的共振晶格Kerker效应也被证明。
2017-05-16 physics.optics
Enhanced second-harmonic generation with structured light in AlGaAs nanoparticles governed by magnetic response
我们采用结构光从亚波长AlGaAs纳米粒子，支持电和磁多极米氏共振的二次谐波产生。泵浦光束的矢量结构允许选择性地寻址米氏谐振模式并控制所产生的非线性场的强度。实验上观察到方位极化矢量光束在磁偶极共振附近二次谐波产生的增强，并将我们的观测结果与基频场和二次谐波场的Mie型多极子的数值分解相匹配
2018-11-21 physics.optics
Green Tensor Analysis of Lattice Resonances in Periodic Arrays of Nanoparticles
当以周期性几何形状排列时，金属纳米结构的阵列能够支持被称为晶格共振的集体模式。这些模式源自阵列元件之间的相干多重散射，产生非常强且光谱窄的光学响应。在这里，我们表明，由于它们的集体性质，金属纳米颗粒的周期性阵列的晶格共振可以介导放置在阵列附近的偶极发射器之间的有效的远程耦合。具体来说，我们使用耦合偶极子的方法，计算连接两个点的阵列的格林张量，并分析其频谱和空间特性。该量表示当由位于另一个位置的单元偶极子发射器激励时，由阵列在给定位置处产生的电磁场。我们发现，当晶格共振被激发时，格林张量是显着更大，衰减速度更慢的距离比真空的格林张量。因此，除了推进晶格共振的基本理解，我们的研究结果表明，纳米结构的周期性阵列能够增强偶极发射体集合之间的长程耦合，这使得它们成为一个有前途的应用平台，如纳米级能量转移和量子信息处理。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Excitation of radiationless anapole mode of isotropic dielectric nanoparticles with tightly focused radially polarized beam
高折射率介电纳米球可以被激发并且仍然保持无辐射。提出了一种激发高折射率各向同性介质纳米球非辐射偶极子模的方法。在紧密聚焦的径向偏振光束照射下，主要贡献的电偶极子模式和磁模式可以为零，只有微弱的电四极对总散射有贡献。在$4π$结构下，利用两束反向传播的径向偏振聚焦光束形成的驻波照明，可以激发出理想的无辐射阳极。
2016-02-25 physics.optics
Magnetoelectric Exceptional Points in Isolated All-Dielectric Nanoparticles
本研究揭示非球形电介质纳米颗粒的电磁波散射与非厄米系统奇异点相关，推导谐振强耦合条件，证实形状对称性破缺可调控磁电奇异点，还发现衬底可额外调谐奇异点位置，为折射率传感提供新途径。
2023-06-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced light emission by magnetic and electric resonances in dielectric metasurfaces
我们展示了耦合到由多晶硅纳米颗粒的周期性阵列形成的介电超颖表面的高量子产率分子的增强发射。纳米粒子的辐射耦合，介导的面内衍射，导致形成集体米氏散射共振或米氏表面晶格共振（M-SLR），具有显着的窄线宽。这些窄线宽和单个Si纳米颗粒的固有电和磁偶极矩允许分辨电和磁M-SLR。入射角和偏振相关的消光测量和高精度表面积分模拟明确表明，磁M-SLR产生于平面内和平面外的磁偶极子，而电M-SLR是由于平面内的电偶极子。观察到分子的发射光谱的显著变化，与电M-SLR耦合的分子在限定方向上的发射增强了近20倍，与磁M-SLR耦合的分子的发射增强了5倍。这些测量结果表明，潜在的电介质超颖表面的发射控制和增强，并打开新的机会，诱导非对称散射和发射使用集体的电和磁共振。
2020-03-11 physics.optics
Multiresonances of quasi-trapped modes in metasurfaces based on nanoparticles of transition metal dichalcogenides
研究了含孔MoS $_2$圆盘中双各向异性偶极响应同步激发的准陷阱模多重多共振的偏振控制特性。使用解析多极分析的数值计算，我们表明，存在一个强大的光学各向异性的MoS $_2$纳米粒子提供了一个额外的自由度，并允许观察几个共振的电和磁偶极子一次在一个狭窄的光谱范围。基于模拟结果，我们得到了具有孔洞的MoS $_2$圆盘的偶极极化率随频率的变化关系，这使得人们能够区分非局域和双各向异性偶极响应的贡献，并在近红外范围内具有几个特征。利用单个纳米粒子的极化率谱和应用调谐策略，设计了在窄光谱范围内同时支持三个准陷阱模式共振的MoS $_2$超颖表面。这些共振之一对应于1550 nm的电信波长。MoS $_2$超颖表面的光反射光谱的特征在于对应于准陷阱模式的波长的三个窄带凹陷。结果表明，在正交的超颖表面上正常入射的波的偏振的变化导致在每个MoS $_2$磁盘中激发的双各向异性响应的类型的变化，并在接近初始值的波长处的超颖表面的反射光谱中的其他三个功能的激发。
2022-12-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering nanoparticles with pure high-order multipole scattering
控制纳米粒子的散射方向性的能力对于许多纳米光子应用是高需求的。挑战之一是设计产生纯高阶多极散射的纳米颗粒（例如，八极，十六极），其贡献与强低阶多极散射（即，偶极或四极）。在这里，我们提出了一种直观的方法来设计这样的纳米粒子，通过在它们内部引入空隙。我们表明，壳和环纳米结构允许制度与近纯高阶多极散射。实验测得的散射图从适当设计的硅环在近红外波长（~ 800 nm）再现以及电八极和磁十六极的散射模式。我们的研究结果显着推进从给定的复杂散射特性的纳米粒子的逆向工程，在生物传感，光学超颖表面和量子通信的可能应用。
2020-01-16 physics.optics
Plasmon polaritons in cubic lattices of spherical metallic nanoparticles
我们从理论上研究了球形金属纳米颗粒立方晶格中的等离子体激元。纳米颗粒，每个支持三重简并局部表面等离子体，通过库仑偶极-偶极相互作用耦合，产生在整个超材料上延伸的集体等离子体。后者与光子杂交形成等离子体激元，这是系统的混合光-物质本征模。我们推导出一般的解析表达式来评估等离子体激元和等离子体激元极化激元色散，以及相应的本征态。这些都是在一个哈密顿形式主义，它考虑到在纳米粒子之间的偶极相互作用的延迟效应，并考虑纳米粒子的介电性能以及它们的周围。在这个模型中，我们预测极化分裂在近红外可见光范围内的电磁波谱，依赖于极化，晶格对称性和波矢方向。最后，我们表明，我们的模型的预测是在良好的定量协议与传统的有限差分频域模拟，但与分析的洞察力和显着降低计算成本的优势。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmons in two-dimensional lattices of near-field coupled nanoparticles
我们认为等离子体超颖表面构成的任意周期性排列的球形金属纳米粒子。每个纳米颗粒支持三个简并偶极局域表面等离子体（LSP）共振。在粒子间距离远小于与LSP相关的光学或近红外波长的情况下，后者通过偶极-偶极相互作用耦合并形成在整个超颖表面上延伸的集体等离子体模式。在一个哈密顿模型，我们解决了，我们推导出一般表达式，使我们能够提取解析的准静态等离子体色散的集体模式内的平面和垂直于平面的元表面极化。重要的是，我们的方法不仅允许我们考虑任意的布拉维晶格，还允许我们考虑具有非平凡拓扑性质的非布拉维二维超晶，例如，蜂窝或李布晶格。此外，使用一个开放量子系统的方法，我们认为微扰耦合的集体等离子体的光子和粒子-空穴的环境，这导致，分别辐射和非辐射的频率偏移和阻尼率，我们提供封闭形式的表达式。辐射频移，当添加到准静态色散关系，提供了一个近似的分析描述的集体等离子体激元的完全延迟的能带结构。虽然它是诱人的，使我们考虑和他们的电子紧束缚等价物的各种系统之间的直接类比，我们严格审查如何远程延迟和各向异性性质的偶极-偶极相互作用可能定量和定性修改的基本能带结构，并讨论其实验的可观测性。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear generation of quantum-entangled photons from high-Q states in dielectric nanoparticles
我们发展了亚波长介质粒子自发参量下转换非线性产生纠缠光子的多极理论。我们表明，光激发与高品质的超腔模式的砷化铝镓（AlGaAs）纳米盘共振导致强烈增强的纠缠光子对产生与电和磁偶极子模式。我们严格的数值计算结果证实了一个分析模型，普遍描述形成的高$Q$共振态和暗态由于父多极子，即磁偶极子和磁八极子的干扰和相互作用。我们的发现和描述可以指导量子和非线性纳米光子学的应用。
2018-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
