Enhanced Nonlinear Optical Responses of Layered Epsilon-Near-Zero Metamaterials at Visible Frequencies
具有零介电常数的光学材料，称为ε近零（ENZ）材料，已经被证明在其ENZ区域具有增强的非线性光学响应。这些强非线性光学性质已经在均匀材料中牢固地建立起来;然而，目前还不清楚具有有效光学参数的超材料是否可以表现出类似的增强。在这里，我们探测由交替的Ag和SiO $_2$层的亚波长周期性堆叠组成的光学ENZ超材料，并在其有效零介电常数波长处测量非线性折射率$n_2 = (1.2 \pm 0.1) \times 10^{-12}$ m $^2$ /W和非线性吸收系数$β= (-1.5 \pm 0.2) \times 10^{-5}$ m/W。测得的$n_2$是熔融石英的$n_2$的$10^7$倍，是银的$n_2$的4倍。我们观察到，在$n_2$的非线性增强尺度为$1/(n_0 \mathrm{Re}[n_0])$，其中$n_0$是线性有效折射率。与均匀ENZ材料相反，其光学性质由其固有材料性质决定，因此不能广泛调谐，通过选择亚波长层的正确厚度，可以将所展示的超材料的零介电常数波长选择为位于可见光谱内的任何地方。因此，我们的结果提供了一种设计具有大非线性的超材料的方法，用于任何指定光波长的纳米光子学应用。
2021-02-24 physics.optics
Hot Electron Dynamics in Ultrafast Multilayer Epsilon-Near-Zero Metamaterial
在不牺牲速度的情况下实现光学特性的显著可调谐性是获得全光学超快器件的关键。在这项工作中，我们研究了超快的时间行为的光学可调ε近零（ENZ）的超材料，在可见光谱范围内工作。为了实现这一目标，我们利用飞秒泵浦探测光谱技术获得了超快电子的动力学过程，并基于双温模型（2 TM）对超快电子的动力学过程进行了研究。我们发现，与飞秒脉冲泵浦改变的超材料的有效介电常数超过400%。这种显著的调制在ENZ区域更明显，我们通过2 TM证实了这一点。实现的有效介电常数的超快调制，以及3.3 ps的超短弛豫时间，为超快光子应用开辟了新的途径。
2020-03-10 physics.optics
Electric Field Enhancement in ε-near-zero Slabs under TM-Polarized Oblique Incidence
我们研究局部场增强现象，在亚波长，ε-近零（ENZ）板，不利用法布里-珀罗共振。特别地，我们研究了基于等离子体纳米壳的有限厚度的工程超材料板的线性响应，所述等离子体纳米壳在可见光范围内显示ENZ带，以及天然存在的材料（例如，SiO2），也显示ENZ性能，在倾斜，TM偏振平面波入射。然后，我们在工程超材料板中引入有源增益材料，该材料为透射，反射和吸收特性添加了独特的光谱和角度特征，并导致进一步的局部场增强。这些发现得到了两项理论研究的支持：首先，两种半无限介质（即自由空间和一般ENZ介质）之间的简单界面;然后，有限厚度的ENZ板，目的是了解系统在改变ENZ时的行为属性以及入射角。对于任何一种情况下，我们报告三个不同的物理条件，我们解释光谱和角度的功能，可能会导致强场增强。增益辅助的超材料实现具有触发和增强低阈值非线性现象的潜力，这要归功于在特定频率和角带处发现的大的局部场。
2012-12-06 physics.optics
Loss enhanced transmission and collimation in anisotropic epsilon-near-zero metamaterials
验证了各向异性近零介电常数（ENZ）异向介质中材料损耗引起的透射增强和准直效应，并通过等频轮廓线（IFC）分析揭示了这种奇异电磁现象的物理机制.此外，我们证明了在现实的银锗多层结构中实现这种损耗增强传输的高斯光束的可能性，通过应用全波数值模拟。
2012-11-20 physics.optics
Enhancing FRET through DNA-controlled Emitters and ENZ Metamaterials
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；National Centre for Nano Fabrication and Characterization, Technical University of Denmark（丹麦技术大学国家纳米制造与表征中心）；University of Calabria（卡拉布里亚大学）
本文结合DNA纳米技术的结构精确性和epsilon-near-zero超材料的近场增强，实现了对分子尺度能量转移过程的双重控制，显著提高了FRET效率。
2026-11-02 physics.app-ph physics.optics
Universal behavior of dispersive Dirac cone in gradient-index plasmonic metamaterials
我们证明了解析和数值模拟的色散狄拉克锥模拟的ε近零（ENZ）的行为是一个家庭内的等离子体激元晶体的二维（2D）金属的普遍属性。我们的出发点是一个周期性阵列的二维金属片嵌入在一个不均匀和各向异性的介电主机，允许传播的横磁（TM）极化波。通过调用一个系统的分歧参数任意介电配置文件在一个空间维度上，我们展示了如何TM布洛赫波经历一个有效的介电函数，平均出微观细节的主机介质。当金属片的电导率和阵列的周期满足ENZ行为的临界条件时，相应的有效色散关系简化为狄拉克锥。我们的分析结果与数值模拟非常吻合。
2018-01-12 physics.optics
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线（NW）超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料，显示ε近零（ENZ）和ε近极（ENP）共振。我们表明，NW-超材料的行为从金属-电介质多层（ML）超材料的一个根本区别是ε-近零（ENZ）和ε-近极（ENP）介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比，纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反，NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振，并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时，我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线（EDX）和X射线衍射（XRD）分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用，并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Theoretical modeling of critical temperature increase in metamaterial superconductors
最近的实验表明，超材料方法能够急剧增加的临界温度Tc的近零（ENZ）超材料超导体。例如，在Al-Al 2 O3 ENZ核-壳超材料中观察到临界温度的三倍。在这里，我们进行理论建模的超材料超导体的介电响应函数的麦克斯韦-加内特近似的基础上增加的Tc。在铝和锡基超材料的理论模型和实验结果之间表现出良好的一致性。利用这个模型的成功，假设的铌，MgB 2和硫化氢为基础的超材料超导体的临界温度进行了评估。基于MgB 2的超材料超导体预计将达到液氮温度范围。在基于H2S的超材料的情况下，Tc似乎达到~ 250 K。
2016-05-10 cond-mat.supr-con physics.optics
Using core-shell metamaterial engineering to triple the critical temperature of a superconductor
最近的实验表明，超材料方法介电响应工程的可行性，适度提高超导体的转变温度，Tc。在这份报告中，我们展示了使用Al 2 O3涂层的铝纳米颗粒形成最近提出的近零（ENZ）的核壳超材料超导体的Tc是纯铝的三倍。IR反射率测量证实了预测的超材料介电函数的修改，从而证明了ENZ超材料方法对Tc工程的功效。这些结果为长期已知但尚未理解的颗粒铝膜的Tc增强提供了解释。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.optics
Metamaterial superconductors
已经观察到接近零（ENZ）条件以增强基于超导体和铁电纳米颗粒的随机混合的复合超材料的超导性质。在这里，我们分析了其他几个有前途的实验几何形状，这可能会大大提高电子配对在超材料超导体的相互作用。所提出的几何形状可以在纳米技术发展的当前水平下制造。它们能够调谐超材料的有效介电响应函数的频率和空间色散，从而能够优化超材料超导体特性。
2014-10-23 cond-mat.supr-con physics.optics
Enhanced parametric processes in binary metamaterials
我们建议双共振（二进制）的超材料组成的两种类型的磁共振元件，并证明，在非线性制度，这样的超材料提供了独特的可能性，相位匹配的参数相互作用和增强的二次谐波产生。
2005-10-11 physics.optics
Locally Enhanced and Tunable Optical Chirality in Helical Metamaterials
我们报告的光学手征的数值研究。用平面波照射的交错金螺旋将右和左圆偏振电磁场能量集中到亚波长区域。这些增强手性的斑点可以通过改变照明参数在位置和大小上平滑地移动，从而允许在纳米尺度上控制光-物质相互作用。
2016-11-23 physics.optics
Tunable THz generation and enhanced nonlinear effects with active and passive graphene hyperbolic metamaterials
由于石墨烯与入射光之间的弱光物质相互作用，石墨烯的活性和非线性性质受到限制。在这项工作中，我们提出了增强的非线性效应在低太赫兹（THz）范围内通过设计一种新的图案化石墨烯双曲超材料（GHMM）。更具体地说，它表明，三次谐波产生（THG）可以显着增强所提出的GHMM由于在共振场的增强，以及支持慢光响应，促进强轻物质相互作用。
2020-03-03 physics.optics
Magnetic levitation of metamaterial bodies enhanced with magnetostatic surface resonances
我们提出，由负磁导率超材料构建的宏观物体可能会在低频磁场中经历共振增强的磁力。时间平均力的共振增强源自静磁表面共振（MSR），其类似于负介电常数粒子的静电共振，在光学中众所周知为表面等离子体共振。我们推广的经典问题的MSR的均匀对象，包括各向异性的超材料，并考虑最极端的情况下，各向异性的磁导率是负的，但在其他方向上的积极。它示出，深亚波长的对象，这种不确定的（双曲线）介质表现出明显的磁偶极共振，强烈耦合到均匀或弱不均匀的磁场，并提供强大的增强的磁力，使应用程序，如增强磁悬浮。
2012-03-26 physics.optics
Tunable Epsilon Near Zero Metamaterial with Rotating Obround-Shaped Meta-Atoms
本文提出一种由长圆形截面杆构成的微波ENZ超材料，通过旋转超原子实现等离子体频率26%的可调谐，调谐范围显著优于光学频段天然材料。
2025-06-04 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
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
Magneto-optical metamaterial
我们提出了一类新的超材料称为磁光超材料，提供增强的旋转角的偏振相比，散装磁光材料。在所提出的方法中，磁光材料的介电常数张量是由嵌入的金属丝网作为人工等离子体定制的。我们已经表明，在磁光超材料的旋转角度可以提高到9倍相比，单独的块状磁光材料，而偏振消光比保持低于-20dB和插入损耗小于1.5dB。
2015-09-13 physics.optics
Observation of enhanced optical spin Hall effect in a vertical hyperbolic metamaterial
双曲型超材料，即水平堆叠的金属和介质多层膜，最近被研究作为观察光学自旋霍尔效应的平台。然而，水平双曲型超材料中存在的大自旋霍尔效应伴随着极低的透射率，这阻碍了其实际应用。减小样品厚度以增加透射率会导致偏移减小。在这封信中，我们证明了一个垂直的双曲超材料可以提高几个数量级的位移相比，其水平对应的位移。在相同的材料组合和总厚度条件下，当入射角为5 °时，位移增强可达800倍以上，当入射角为1 °时，位移增强可达5000倍以上，且位移增强与入射角有关。作为概念验证，我们用纳米压印光刻法制作了一个大尺寸的金纳米光栅，并用斯托克斯偏振仪测量了螺旋度相关的位移，这与模拟结果吻合得很好。垂直双曲超材料中的巨大光学自旋霍尔效应将使包括滤波器、传感器、开关和分束器在内的光学器件的螺旋度相关控制成为可能。
2019-06-25 physics.optics
Nonlinear terahertz metamaterials via field-enhanced carrier dynamics in GaAs
我们展示了GaAs上的非线性超材料开口环谐振器（SRR）在太赫兹频率。对于掺杂GaAs薄膜上的SRR，峰值场为~20 - 160 kV/cm的入射太赫兹辐射驱动谷间散射。由于掺杂薄膜中的导电性降低，这降低了载流子迁移率并增强了SRR LC响应。在~160 kV/cm以上，SRR间隙内的电场增强导致有效的碰撞电离，从而增加载流子密度和电导率，这又抑制了SRR共振。我们证明了半绝缘GaAs衬底上的SRR间隙中的载流子密度增加了10个数量级。此外，我们表明，有效介电常数可以从负值到正值扫描，增加太赫兹场强度的影响电离制度，使非线性超材料的新的可能性。
2012-08-07 physics.optics
Enhanced nonlocal effects in metamaterials with moderate-index inclusions
我们研究了一类具有中等折射率夹杂物和低平均介电常数的多层超材料。通过第一性原理计算，我们表明，在这种情况下，一阶和二阶空间色散效应可能会表现出显着的非共振增强，并可能成为可比的本地响应。它们的相互作用提供了丰富的色散制度，包括额外的非凡波和拓扑相变。特别是，我们确定了一种新的配置具有约束和断开iscrystalline轮廓。由于它们不依赖于高折射率夹杂物，我们提出的超材料可能构成一个有吸引力的和技术上可行的平台，工程非局部效应在光学范围内。
2017-04-07 physics.optics
Enhanced superconductivity in aluminum-based hyperbolic metamaterials
凝聚态物理最重要的目标之一是设计材料，即能够可靠地预测和设计具有一组所需特性的材料。一个突出的例子是材料超导性质的确定性增强。最近的实验已经证明，超材料方法能够实现这一目标，例如将Al-Al 2 O3超临界温度近零（ENZ）核-壳超材料超导体中的临界温度Tc提高三倍。然而，与传统超导体相比，这种超材料的传输特性仍然要差得多。在这里，我们证明了Al/Al 2 O3双曲线超材料的几何形状是能够类似的Tc增强，同时具有优越的传输和磁性能相比，核-壳超材料超导体。这一结果为其他实际重要的简单超导体（如铌和MgB 2）的超材料Tc增强开辟了许多新的可能性。这也表明最近发现的高温超导体的双曲线性质可能在铜酸盐的超导电性增强中起着相当大的作用。
2016-05-22 cond-mat.supr-con physics.optics
Plasmonic metamaterial enhanced axionic magnetoelectric effect
轴电动力学预言了许多奇特的基于磁电的性质。近年来，人们利用一维多层膜等简单结构来研究这些轴向磁电响应，并经常利用Fabry-Pérot干涉机制来增强这些效应。在这封信中，我们提出了一种新的机制，超材料增强的轴向磁电响应，利用强烈增强的局部电磁场与等离子体共振。通过数值模拟，我们发现等离子体超材料可以将轴子磁电效应提高两个数量级。
2013-05-29 physics.class-ph physics.optics
Plasmonic absorption properties of bimetallic metamaterials
我们证明了等离子体激元超材料中的偏振控制吸收。我们制造和实验表征金/镍环谐振器阵列，其中通过改变入射波的波长和偏振，局部电磁场和耗散可以被抑制或增强在环的Au和Ni区域。
2016-03-28 physics.optics
Enhanced group velocity in metamaterials
Bruggeman形式主义实现估计的各向同性，介电，均匀化的复合介质（HCM）的折射率。通过对著名的Hashin-Shtrikman边界的分析，我们证明了某些HCM中的群速度可以超过其组成材料中的群速度。因此，这种厚膜材料应被视为超材料。
2004-02-06 physics.class-ph 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
On cavity-and-surface enhanced Raman scattering from metamaterial shells
在本文中，我们从理论上表明，拉曼散射的核-壳微米或亚微米粒子与ε-近零的超材料外壳和二氧化硅球形或圆柱形的核心可以结合腔增强和表面增强拉曼散射的有用功能。腔共振与等离子体共振一起导致元壳内部的场的巨大增强，所述元壳作为银或金纳米颗粒层来执行并且对于待检测的分子是可穿透的。这种方法导致有效体积（其中分子受到增强的电场的影响）和在该体积上平均的拉曼增益两者的显著增加。
2009-01-29 physics.ins-det physics.optics
Numerical simulation of light structures in bulk ENZ media with Kerr nonlinearity
Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН（兰道理论物理研究所）
本文提出了一种简化的数学模型，用于研究在具有Kerr非线性的bulk ENZ媒质中光结构的非线性演化及相互作用。
2025-10-24 nlin.PS physics.optics
Enhanced sensing performance by the plasmonic analogue of electromagnetically induced transparency in active metamaterials
为了提高类电磁感应透明（EIT）等离子体结构的传感性能，研究了金属超材料中电磁感应透明（EIT）的增益辅助等离子体模拟。该结构由三根杆件组成，其中两根杆件相互平行（暗四极元件）但垂直于第三条结果表明，除了对周围介质的折射率波动的高灵敏度之外，这种有源EIT类超材料的优值可以大大提高，这归因于放大的窄透明度峰。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-damping epsilon-near-zero slabs: nonlinear and nonlocal optical properties
我们研究二次谐波产生，低阈值多稳态，全光开关，和固有的非局部效应，由于在ε-近零（ENZ）的超材料板的自由电子气压由圆柱形，等离子体纳米壳TM-偏振光照明。在ENZ频率范围内的阻尼补偿，通过使用内壳的电介质芯的增益介质，增强了非线性特性。反射被抑制，并且垂直于板界面的电场分量在有效伪布鲁斯特角附近增强，其中有效ε-近零条件触发非谐振阻抗匹配现象。我们发现，平板显示出很强的有效的，空间非局部性与泄漏模式介导的阻尼补偿。这些泄漏模式的存在，然后诱导进一步的光谱和角度的条件下，局部领域的增强，从而打开新的窗口的机会，增强非线性光学过程。
2013-02-11 physics.optics
Graphene-based extremely wide-angle tunable metamaterial absorber
我们研究了基于石墨烯的各向异性超材料结构的吸收特性，其中超材料层具有对应于近零介电常数的电磁响应。我们发现，通过分析和数值研究，近完美的吸收出现在一个异常广泛的光束入射角。由于石墨烯的存在，吸收可通过栅极电压调节，从而提供能量传输的动态控制。我们发现，这种强烈增强的吸收是由于光与沿石墨烯/超材料混合物传播的快速波模之间的耦合而产生的。
2016-08-24 physics.optics
Complementary Vanadium Dioxide Metamaterials with Enhanced Modulation Amplitude at Terahertz Frequencies
创建可调谐超材料的一种途径是通过与“按需”动态量子材料（如二氧化钒（VO 2））集成。这使得新的模式能够为历史上具有挑战性的应用创建高性能设备。事实上，动态材料经常与超材料集成，以赋予人工结构某种程度的可调谐性。相反，超材料可用于增强和扩展动态材料的自然调谐范围。利用沉积在VO 2薄膜上的互补开口环谐振器阵列，我们证明了在~340 K下穿越绝缘体-金属过渡（IMT）时增强的太赫兹透射调制。我们的互补超材料将原始VO 2膜的调制幅度从42%增加到68.3%，在0.47 THz时穿过IMT，对应于62.4%的增强。此外，温度相关的传输测量揭示了由VO 2膜的介电常数的巨大增加所产生的谐振频率的红移。Maxwell-Garnett有效介质理论被用来解释介电常数在通过IMT时的变化。我们的研究结果强调，超材料阵列与量子材料的共生集成提供了一个强大的方法来工程紧急功能。
2022-06-23 physics.app-ph 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
Analytical model for nonlinear response of carbon nanotubes enhanced by a plasmonic metamaterial
我们提出了一个复杂的动力学分析模型描述的混合非线性系统的相互作用的碳纳米管（CNT）和等离子体超材料。我们的模型是基于一组耦合方程，它结合了完善的密度矩阵形式主义适用于量子系统（CNT被描述为一个两级系统）和谐波振荡器的方法理想的亚波长等离子体和光学谐振器建模。我们发现，碳纳米管的饱和非线性增加数倍的共振增强的近场的超材料。在我们的模型框架中，我们讨论了碳纳米管层的不均匀性（带隙值分布）对非线性增强的影响。它示出，Purcell效应是不可区分的场增强，并描述了相同的唯象常数。
2011-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Switching nonlinearity in a superconductor-enhanced metamaterial
我们展示了一种非线性超材料，它可以通过控制入射光束的功率水平在低透射率和高透射率之间切换。这种非线性响应的起源是超材料结构中采用的超导Nb薄膜。我们表明，大约22 dBm的中等RF功率，它是可能的淬火超导状态的超材料的开口环谐振器的角落处的极强的电流密度的结果。我们测量的传输对比度为10 dB和70 ns的低功率和高功率状态之间的群延迟的变化。
2012-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.optics
Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications
新兴的光子材料-导电氮化物和氧化物-的独特性质，特别是它们的可定制性，大的损伤阈值，以及所谓的ε近零（ENZ）行为，使新的光子现象跨越光学电路，可调超颖表面和非线性光学器件。这项工作探讨了直接控制的多晶氮化钛（TiN）和铝掺杂氧化锌（AZO）的光学性能，通过定制的薄膜厚度，和他们的潜力ENZ增强的光子应用。我们表明，氮化钛AZO双层作为Ferrell Berreman超颖表面厚度可剪裁的ε近零共振的AZO薄膜中操作的电信波长从1470到1750 nm。双层堆叠也充当强光吸收器在紫外线制度采用辐射ENZ模式和法布里-珀罗模式的组成TiN膜。所研究的Berreman超颖表面表现出15%的光致反射调制与皮秒响应时间。结合导电氧化物和氮化物的光学响应可定制性，利用可调谐ENZ区域附近的场增强可以实现广泛的非线性光学现象，包括全光开关，时间折射和高次谐波产生。
2022-03-26 physics.app-ph physics.optics
Enhanced and directional single photon emission in hyperbolic metamaterials
我们提出了一种方法来增强和引导的自发发射从孤立的发射器嵌入双曲型超材料到单光子束。该方法依赖于双曲型超材料的集体等离子体布洛赫模式，该模式在称为量子共振锥的高度定向光束中传播。我们提出了一个泵浦方案，使用双曲型超材料的透明窗口，发生在拓扑转变附近。最后，我们解决的挑战，这些宽带谐振锥外耦合到真空中使用的介质靶心光栅。我们给出了一个详细的分析淬火和设计的超材料有一个巨大的Purcell因子在一个宽的带宽，尽管在金属的损失。我们的工作应该有助于激发实验中的宽带发射器，如氮空位中心的单光子源的发展。
2013-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced Magneto-Optical Kerr Effect in Nano-Magnetic Metamaterials with Near-Perfect Coherent Absorption
Imperial College London（帝国理工学院）
本研究通过相干光学干涉在坡莫合金纳米磁体超表面中实现近完美吸收（>95%），并增强磁光克尔效应，为纳米磁性系统的光控提供通用方案。
2026-10-08 physics.optics
Metamaterial-Enhanced Coupling between Magnetic Dipoles for Efficient Wireless Power Transfer
导电线圈之间的非辐射耦合是无线能量传输应用的候选机制。本文提出了一种基于近场超材料超透镜的功率中继系统，并对该系统进行了深入的理论分析。我们使用时间谐波电路形式主义来描述两个线圈连接到外部电路和均匀的介电常数和磁导率的各向异性介质板之间的所有相互作用。线圈的领域中发现的点偶极子近似使用索末菲积分，这是减少到标准的特殊功能，在长波长的限制。我们表明，即使有一个现实的磁损耗角正切的顺序为0.1，与平板的功率传输效率可以是一个数量级大于自由空间效率时，负载电阻超过一定的阈值。我们还发现，线圈之间的超材料所占据的体积可以大大压缩，通过采用具有大的各向异性比的磁导率。
2011-02-16 physics.class-ph physics.optics
Optical activation function using a metamaterial waveguide for an all-optical neural network
本研究通过在硅波导中集成超材料结构增强非线性光学系数，提出一种光学激活函数，在手写识别中实现98.36%准确率，助力开发更节能紧凑的全光神经网络。
2024-08-23 physics.app-ph physics.optics
Extreme Metasurfaces Enable Targeted and Protected Wireless Energy Transfer
随着超材料的出现，控制材料的电磁特性超越自然物质的电磁特性已经成为现实，超材料是人工设计的材料，提供了广泛的不寻常的物理现象。超材料提供的极端特性可以保护光学和电磁系统免受周围普通材料和物质的影响-这是一种从未明确使用过的功能。无线能量传输，即，电磁能量的传输无需物理连接器，需要可靠和稳定的解决方案，为电动汽车等高功率系统充电，而不会对人，动物，植物等产生影响。在这里，我们解决了这个具有挑战性的问题，并提出了一种使用具有极端参数的超材料的新方法，以实现有针对性和受保护的无线能量传输。我们设计并实验实现了ε-近零（ENZ）和ε-和μ-近零（EMNZ）的超材料，当且仅当发射器和接收器都配备了这些超材料，提供能量传输。不存在具有这种极端参数的材料的事实保护系统免受周围物体的影响，这些物体既不会引起系统操作的明显变化，也不会受到任何有害影响。通过适当的缩放和适当的材料选择，所提出的方法背后的系统可以在几乎任何频带中实现。这项技术将在有针对性的无线能量传输系统中找到应用，特别是在需要高功率的地方，包括电动汽车。
2022-02-10 physics.app-ph physics.optics
High sensitivity ultraviolet graphene-metamaterial integrated electro-optic modulator enhanced by superlubricity
研究了基于具有超润滑性的石墨烯等离子体超材料纳米机械系统（NEMS）的紫外电光调制系统。由于石墨烯在紫外区的强光吸收强度和基于表面等离子体的超材料结构的结合，紫外NEMS电光调制器在可见光区的调制深度接近同类调制器的8.5倍。同时，由于其极低的摩擦系数，超润滑性显著降低了UV电光调制系统的功耗。它还显著提高了调制器的响应速度，可以达到纳秒的量级。调制电压可以低于200 mV。该电光调制系统结构简单、灵敏度高，在紫外光电子器件和系统中具有重要的应用价值。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Enhanced Super-Radiance in Epsilon-Near-Zero Plasmonic Channels
我们描述了通过将它们嵌入在ε近零（ENZ）环境中，由在截止处操作的等离子体波导组成，来大幅提高两能级量子发射体的集合的自发发射的可能性。这种现象依赖于Purcell增强和Dicke超辐射效应的组合，利用ENZ通道中大而均匀的局域态密度，这被证明可以显着扩展这些量子效应的空间范围。我们展望了在光学传感、分子检测和低阈值激光方面令人兴奋的应用。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.optics
Thickness-dependent properties of transparent conductive oxides for epsilon-near-zero applications
本研究针对近零介电常数（ENZ）应用需求，通过调控透明导电氧化物（TCO）薄膜厚度拓展其光学性质调控方式，发现厚度依赖的ENZ共振与功率依赖的ENZ共振等效，为全光开关型新型器件提供了可能。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Complete light absorption in graphene-metamaterial corrugated structures
我们表明，表面等离子激元激发的负介电常数超材料具有浅的周期性的表面极化曲线可以探索推动单层和连续片的石墨烯的吸收高达100%。在弛豫机制中，混合系统的等离子体共振的位置由超材料的等离子体频率确定，从而允许在不需要工程石墨烯的情况下设置用于增强吸收的频率范围。
2012-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Accessing both electrochemical SEIRA and SERS with ultrasensitive metamaterials for enhanced molecular identification
NanoPhotonics Centre, Cavendish Laboratory, Department of Physics, JJ Thompson Avenue, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）；School of Chemistry, University of Birmingham（伯明翰大学化学学院）；Hybrid Materials for Opto-Electronics Group, Department of Molecules and Materials, MESA+ Institute for Nanotechnology and Center for Brain-Inspired Nano Systems, Faculty of Science and Technology, University of Twente（特温特大学科学与技术学院分子与材料系光电混合材料组、MESA+纳米技术研究所及脑启纳米系统中心）；Analytical Sciences, BioPharmaceuticals Development, R&D, AstraZeneca（阿斯利康研发部生物制药开发分析科学）
提出一种电化学可清洁的超材料，实现流动中实时联合SEIRA和SERS，通过纳米间隙折射率变化（1400 nm/RIU）实现超灵敏检测，并追踪分子电化学转化和对称性破缺。
2026-06-26 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Hyperbolic Metamaterials for Enhanced Scintillation
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院）
提出光栅耦合双曲超材料，结合CsPbBr₃层与靶心光栅，通过高k模式和双曲共振锥增强闪烁信号，宽带增强超3倍，峰值约5倍，为高性能闪烁体提供实用途径。
2026-08-18 physics.app-ph physics.optics
Funneling Light Through a Subwavelength Aperture with Epsilon-Near-Zero Materials
下一代光子结构与电子和光学片上组件的集成需要开发有效的方法来限制和控制亚波长体积中的光。最近提出了几种使光耦合到亚波长物体的技术，包括基于光栅和复合材料的解决方案。然而，这些耦合器的实验实现涉及复杂的制造与\sim 10 nm分辨率的三维。复杂耦合结构的一个有前途的替代方案涉及具有极小介电常数的材料，也称为ε近零（ENZ）材料。与先前参考的方法相比，期望ENZ材料的单个层提供自由空间辐射与亚波长引导结构之间的有效耦合。在这里，我们报告的第一个直接观察到的散装ENZ增强传输通过亚波长狭缝，伴随着这种现象的理论研究。我们的研究为ENZ材料和基于ENZ的光子系统的多种实际应用打开了大门。
2011-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Large Enhancement of Circular Dichroism Using an Embossed Chiral Metamaterial
在手性纳米结构附近，由于与局部超手性场的相互作用，生物分子的圆二色性可以大大增强。先前已经报道了使用具有一些手性性质的平面超材料和非手性纳米颗粒适度增强光学活性。在具有三维排列的手性纳米结构的局部场中可以实现更显著的手性增强。使用压印手性纳米结构设计的手性光学传感，我们测量的圆二色性光谱的两个生物分子，叶绿素A和B，在分子水平上，使用一个简单的偏振分辨反射测量。该实验是第一次实现共振表面增强圆二色性，通过将强手性超材料的手性共振与手性分子的手性共振相匹配来实现，从而从单层手性材料中产生前所未有的大差分CD光谱。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gain in Three-Dimensional Metamaterials utilizing Semiconductor Quantum Structures
我们展示了在三维金属/半导体超材料的光学有源半导体量子结构的集成增益。在包含量子阱的应变半导体层的顶部上的金属结构的卷起允许我们实现由损耗金属和放大增益材料的交替层组成的三维超晶格。我们表明，通过超晶格的传输可以增强激发下的脉冲或连续波激发的量子阱光学。这表明，我们的结构可以作为一个起点，为任意的三维超材料，包括增益。
2011-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Modeling the directed transmission and reflection enhancements of the lasing spaser in active metamaterials
同时增强的反射率和透射率大于35分贝的激光spaser（或spasing）的行为，在一个有源渔网超材料证明。在模拟激光腔时，通过法布里-珀罗效应建立了折射率具有洛伦兹色散的等效有源平板来模拟超材料的激光腔。数值和理论结果表明，反射率和透射率的相等增强，以及非单调的增益系数的spasing强度的依赖关系，以及良好的协议。此外，还数值验证了该激光器的定向发射特性。
2009-12-11 physics.class-ph physics.optics
Plasmonic Light Trapping in an Ultrathin Photovoltaic Layer with Film-Coupled Metamaterial Structures
数值研究了一种薄膜耦合超材料结构，用于增强晶体砷化镓（GaAs）光伏层的光吸收。顶部的亚波长凹面光栅和底部的金属薄膜不仅可以有效地捕获光的波干涉和磁共振效应激发以上的带隙，但实际上也作为光子产生的电荷收集的电接触。在膜耦合超材料结构中，由有源层吸收的能量大大增强，导致短路电流密度在相同厚度下比独立GaAs层显著增强三倍。研究结果将有助于开发成本更低、效率更高的下一代太阳能电池。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced deep-tissue photoacoustics by using microcomposites made of radiofrequency metamaterials and soft polymers: Double- and triple-resonance phenomena
光声成像系统提供了一个高分辨率的平台，以探索身体组织，食物和艺术品。另一方面，等离子体激元构成共振加热和热膨胀的源以产生声波。然而，它的相关技术严重局限于激光穿透和非特异性热疗的样品。为了解决这个问题，目前的工作采用了光声的范式转变。通过模拟由随机复合材料制成的微粒，可以使计算的压力类似于或优于经由等离子体光声计算的压力。这种改进是由于一种称为双重或三重共振的现象，即在射频范围内激发一种或两种电和磁等离子体，同时激发粒子的声学模式。由于电磁脉冲被限制在纳秒脉冲宽度和MHz频率，所提出的方法克服了在组织中的渗透性差，并减少了热损伤，从而提供了一种非侵入性的治疗诊断技术。此外，获得的共振压力比传统的光声压持续时间更长，提供了增强检测的中心特征。为了充分理解多共振框架，我们开发了一个完整的光声解决方案。该方法可以为敏感材料和组织的热声成像和操作方法铺平道路。
2022-08-26 physics.app-ph physics.comp-ph physics.med-ph
