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
Observation of Light-Driven Levitation Near Epsilon-Near-Zero Surfaces
CNR-IPCF, Istituto per i Processi Chimico-Fisici, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会化学物理过程研究所）；Department of Physics, Case Western Reserve University（凯斯西储大学物理系）；Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；James C. Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学詹姆斯·C·怀安特光学科学学院）；Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Università di Messina（墨西拿大学数学、信息学、物理学与地球科学系）；Department of Electrical and Systems Engineering, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学电气与系统工程系）；NLHT Labs - Department of Physics and CNR-NANOTEC Istituto di Nanotecnologia, University of Calabria（卡拉布里亚大学物理系与纳米技术研究所）
本研究通过光子力显微镜观察到介电常数近零表面附近的光驱动排斥力，揭示了ENZ超材料通过光驱动力实现颗粒悬浮的新机制，为微流体环境中的无接触操控提供了新途径。
2026-01-15 physics.app-ph physics.optics
Nanoscale Field Effect Optical Modulators Based on Depletion of Epsilon-Near-Zero Films
金属氧化物半导体（MOS）电容器中的场效应在场效应晶体管（FET）中起着关键作用，场效应晶体管是现代数字集成电路的基本构建块。最近的工作表明，场效应也可以用来制作光学/等离子体激元调制器。在本文中，我们报告的场效应电吸收调制器（FEOMs）的每一个制成的ε近零（ENZ）膜，作为活性材料，夹在硅或等离子体波导。在没有偏压的情况下，ENZ薄膜使波导的衰减最大化，调制器工作在截止状态;相反，ENZ薄膜中载流子的耗尽大大降低了波导的衰减，调制器工作在导通状态。采用双电容选通方案，通过场效应增强调制。根据我们的模拟，消光比可以达到3.44 dB，在500 nm长的硅波导中，插入损耗仅为0.71 dB（85.0%）;消光比可以达到7.86 dB，在200 nm长的等离子体波导中，插入损耗为1.11 dB（77.5%）。所提出的调制器可能会在未来的片上或芯片到芯片的光互连中找到重要的应用。
2015-12-27 physics.optics
Epsilon-near-zero nanoparticles
在这项工作中，我们提出了ε-近零（ENZ）纳米粒子形成的金属和电介质双层，并采用有效介质的方法多层纳米球来研究其光学响应。我们通过改变所提出的双层纳米球的半径获得了被动可调ENZ区域，范围从可见光到近红外。此外，我们使用开源的基于传输矩阵的软件（STRATIFY）给出了ENZ纳米颗粒的吸收和散射截面。%的时域有限差分软件（LUMERICAL）。所提出的ENZ纳米粒子设想使用化学合成技术在实验上实现。
2022-08-10 physics.optics
Exceptional points and spectral singularities in active epsilon-near-zero plasmonic waveguides
我们提出了一个纳米级的有源等离子体激元波导系统组成的阵列的周期性狭缝，可以表现出特殊的点和光谱奇异性，导致几个新的功能。所提出的对称有源系统在其截止波长附近工作，并表现为有效的ε近零（ENZ）介质。我们证明了一个例外点（EP）的形成，访问非常低的增益系数值，所提出的纳米级对称等离子体配置的一个独特的功能。无反射ENZ传输和完美的损耗补偿实现在EP，这与有效ENZ谐振波长的主动等离子体波导阵列的建议。当我们进一步增加加载在狭缝中的电介质材料的增益系数时，在ENZ共振处发生光谱奇异性，导致在向前和向后方向上的超散射（激射）响应。这些有趣的效果是实现的材料，其特征在于非常小的增益系数与实际值和亚波长尺度，由于在ENZ共振导致增强的光-物质相互作用的活性狭缝内的强和均匀的场增强。我们从理论上分析所获得的EP，以及发散的光谱奇异性，使用传输线模型和调查的第二个入射波和非线性的建议的主动ENZ等离子体系统的响应中添加。我们的研究结果提供了一个新的路线有趣的纳米光子应用，如无反射有源ENZ介质，单向相干完美吸收，纳米激光器，强光学双稳态和全光开关纳米器件。
2019-01-25 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
Young's Double-Slit, Invisible Objects and the Role of Noise in an Optical Epsilon-near-Zero Experiment
ε-近零（ENZ）介质在实验和应用上揭示了无限波长但非零频率极限下的电动力学特性。理论表明，波浪与障碍物和扰动的相互作用在这一领域发生了显着变化。为了研究这些效应的光学特性，我们制作了一个纳米结构的2D光学ENZ多层波导，通过纳米级波发射配置用波长调谐的激光探测。在这个实验框架中，我们直接光学测量波的传播和衍射在一个现实的系统与水平和规模的缺陷，这是典型的纳米光学。当我们扫描波长从1.0 $μ$ m到1.7 $μ$ m时，我们接近ENZ区，并观察到微尺度杨氏双缝的干涉图样急剧发散。通过评估多个衍射级，我们实验确定的有效折射率$n_{eff}$和它的零交叉作为一个内在的测量参考，这是与理论预测一致。我们进一步验证了双缝和专门放置的散射物体逐渐变得不可见时，接近ENZ制度。我们还观察到，光-物质相互作用加强对ENZ和量化如何斑点噪声，由微小的随机缺陷，越来越多地占主导地位的光学响应和蓝移的截止频率。
2017-10-03 physics.app-ph physics.optics
Two-color all-optical switching in Si-compatible epsilon-near-zero hyperbolic metamaterials
本文提出一种硅兼容的介电常数近零双曲超材料，实现可见与近红外双波长超快全光开关，开关时间达数百飞秒，可应用于太赫兹调制。
2023-05-11 physics.optics
Epsilon near zero metal oxide based spectrally selective reflectors
该研究提出一种基于ENZ材料ITO的多层光学涂层，实现可见至近红外波段15%反射率及1500nm以外80%反射率，具有高热稳定性，适用于被动冷却。
2024-02-12 physics.app-ph physics.optics
Epsilon-near-zero plasmonic waveguides to enhance nonlinear coherent light-matter interactions
我们展示了一种在纳米尺度上相干控制光并通过使用ε近零（ENZ）等离子体波导实现相干完美吸收（CPA）的方法。所提出的波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，并且沿着其纳米通道具有强且均匀的场增强。CPA条件在ENZ频率下完全满足，令人惊讶的是，通过亚波长等离子体结构，在具有适当振幅和相位的两个反向传播平面波的照射下产生强CPA。此外，我们研究了所提出的ENZ等离子体配置的非线性响应，因为我们增加了入射波的输入强度。我们证明，CPA现象可以成为强度和相位依赖在这种情况下，导致新的可调谐全光开关和吸收设备。
2020-01-12 physics.optics
Anomalous optical coupling between two silicon wires of a slot waveguide in epsilon-near-zero metamaterials
提出并证明了嵌入ε-近零（ENZ）超材料的硅缝隙波导中两硅线之间的反常光耦合特性。详细研究了缝隙区域的光场增强和横向光力与缝隙尺寸和周围介质介电常数的关系。结果表明，由于硅线与ENZ超材料缝隙界面处的巨大折射率对比，缝隙区域的光场得到了显著增强，但硅线之间的光模耦合大大降低，横向光力被抑制到几乎为零.此外，设计了金属-介质多层结构，在缝隙区域实现ENZ超材料，以实现电场增强。
2013-08-27 physics.optics
Nanoscale Metamaterial Optical Waveguides with Ultrahigh Refractive Indices
提出了一种基于金属-介质多层无限异向介质的深亚波长光波导。基于金属-介质多层结构和有效介质方法，对不同模阶的波导模式进行了系统的数值模拟。研究了不同模式阶数、自由空间波长和波导截面尺寸对波导模式折射率、传播长度和模式面积的影响。此外，波导模式也示出了在波矢空间中的等频率轮廓，以研究波导模式截止高阶模式的机制。实现了尺寸小于λ0/50、模面积为10-4 λ 0 2量级的深亚波长光波导，在通信波长处的有效折射率达62.0。这种新型的超材料光波导为增强光-物质相互作用的各种应用开辟了机会。
2012-03-18 physics.optics
Giant Field Enhancement in Longitudinal Epsilon Near Zero Films
我们报告说，一个纵向ε近零（LENZ）膜导致巨大的场增强和强辐射发射的来源，在它和这些功能是优于在以前的研究中发现的各向同性ENZ。LENZ膜是单轴各向异性膜，其中沿膜的法线方向的相对介电常数远小于1，而膜的横向平面中的介电常数不为零。以前已经表明，现实的各向同性ENZ膜不提供大的场增强由于材料损耗，但是，我们表明，可以克服使用LENZ膜的损耗效应。我们还证明，在比较（各向同性）ENZ的情况下，LENZ膜场增强不仅显着更大，但它也发生在更宽的入射角范围。重要的是，LENZ膜的界面附近的场增强几乎与厚度无关，这与需要极小厚度的各向同性ENZ情况不同。我们表明，对于由镝掺杂的氧化镉和硅的多层构成的LENZ结构，考虑到实际损耗，获得了30的场强增强，这几乎是用实际ENZ材料获得的场强增强的10倍
2017-02-03 physics.optics
Switching Purcell effect with nonlinear epsilon-near-zero media
光学拓扑转变被定义为在ε近零（ENZ）频率附近的光子晶体表面的变化，其可以显著地改变放置在超材料板附近的量子发射器的自发发射。在这里，我们表明，由于在ENZ频率的强克尔非线性，高功率脉冲可以诱导等频色散曲线的拓扑结构的突然转变，导致传播以及倏逝波通过超材料板的传输的显着变化。该倏逝波开关效应允许通过Purcell效应的调制来控制自发发射。我们开发了增强的ENZ介质的非线性响应的s和p偏振输入的理论，并表明，这种非线性效应是更强的p偏振，几乎是独立的入射角。我们进行时域有限差分（FDTD）模拟，以证明超材料板的瞬态响应的超快脉冲和快速开关的Purcell效应在亚皮秒尺度。在ENZ处的Purcell因子变化几乎为3倍，这比远离ENZ处的变化强一个数量级。我们还表明，由于多层金属-介质超晶格内部的空间场分布的不均匀性，一个独特的空间拓扑过渡的超材料可以通过控制脉冲诱导的非线性。我们的工作可以导致ENZ超材料中量子现象的超快速控制。
2018-07-06 physics.optics
Optical Field Enhancement in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
提出并论证了双曲型超材料纳米缝隙波导实现大的光场增强。通过数值计算和解析方法分析了双曲型超材料中空气缝隙内增强电场与波导模式耦合和介电常数张量的关系。超材料缝隙波导中的光强度可以比常规硅缝隙波导中的光强度强25倍以上，这是由于双曲超材料中支持的双折射率所实现的紧密光模式限制。用实际的金属-介质多层波导结构验证了电场增强效应。
2012-04-19 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
Dynamical Generation of Epsilon-Near-Zero Behaviour via Tracking and Feedback Control
迄今为止，以无限相速度为特征的近零响应（ENZ）主要通过将单色光源应用于定制的超材料来实现。在这里，我们推导出的方程诱导动态产生的宽带ENZ响应在一个大类的多体系统通过跟踪和反馈控制。我们进一步发现，这种响应导致一个电流能量关系相同的理想电感器。使用费米-哈伯德模型，我们数值证实了这些结果有可能推进纳米尺度上的光学计算。
2023-01-28 physics.optics quant-ph
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
Nonlinear Quantum Electrodynamics of Epsilon-Near-Zero Nanocavities
Boston University（波士顿大学）；Tampere University（坦佩雷大学）
本研究采用非微扰方法分析具有单光子Kerr型非线性的开放量子系统，推导并验证了ENZ亚波长纳米腔的单光子非线性折射率变化与频移的解析解，为量子技术应用建立了严格基准。
2025-07-29 physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant Transverse Optical Forces in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
在这里，我们证明了巨大的横向光学力可以在双曲型超材料的纳米尺度槽波导中产生，由于纳米尺度光场增强和空气槽区域内的极端光能压缩，与传统硅槽波导中产生的力相比，具有两个以上的数量级。数值模拟和解析处理进行研究的光力的波导的几何形状和超材料的介电常数张量的依赖关系，包括吸引力的对称模式和排斥力的反对称模式的光。横向光学力的显著增强是由于两个超材料波导之间的强光模耦合强度，这可以用耦合模理论推导出的显式关系来解释。对实际金属-介质多层膜结构的计算表明，所预言的巨大光动力在实验上是可以实现的，这将为纳米尺度的光机械应用，如光纳机电系统、光传感器和光致动器等打开大门。
2012-06-11 physics.optics
Nonlinear surface magneto-plasmonics in Kretschmann multilayers
非线性磁等离子体激元学旨在利用等离子体激元激发来控制纳米尺度下非线性光频率转换的机制和效率。我们研究了混合金-钴-银多层结构中磁二次谐波产生的机制，该结构支持在基波和二次谐波频率下传播的表面等离子体激元。使用磁光光谱在Kretschmann几何，我们表明，巨大的磁光调制的二次谐波强度占主导地位的表面等离子体激元的激发在第二谐波频率，如所示的通过调谐强等离子体色散的光谱区域的光波长。我们的原理验证实验突出了非线性磁等离子体激元学的光明前景，并有助于磁性表面和界面的非线性光学的一般理解。
2015-07-02 physics.optics
Unlocking optical coupling tunability in epsilon-near-zero metamaterials through liquid crystal nanocavities
本研究利用高双折射液晶纳米腔和表面力仪，在ENZ超材料中实现了腔模耦合的主动调控与反交叉操控，为可调谐光子器件和片上光谱仪提供了新途径。
2023-07-05 physics.app-ph physics.optics
Resonance Energy Transfer and Quantum Entanglement Mediated by Epsilon-Near-Zero and Other Plasmonic Waveguide Systems
由于偶极-偶极相互作用的固有短程性质，二能级量子发射体之间的纠缠和共振能量转移通常限于亚波长距离。此外，由于辐射和非辐射损耗引起的退相干和退相，量子系统的纠缠很难长时间保持。在这项工作中，我们通过呈现有效的长距离发射极间纠缠和由ε近零（ENZ）和其他等离子体波导类型（如V形凹槽和圆柱形纳米棒）介导的两个光学量子比特之间的共振能量转移的大幅增强来超越上述限制。更重要的是，我们明确地表明，ENZ波导谐振能量转移和纠缠性能大大优于其他波导系统。只有激发的ENZ模式具有与强且均匀的电场分布相结合的无穷大相速度，这导致了巨大的能量传递和有效的纠缠，而与ENZ波导中的发射器间隔距离和纳米级位置无关，这是一个可以潜在地容纳多量子比特纠缠的有利特征。此外，瞬态纠缠可以进一步改善，变得几乎独立于有害的退相干效应时，光学活性（增益）介质嵌入ENZ波导内。我们还提出，有效的稳态纠缠可以通过使用一个相干的外部泵浦方案来实现。最后，我们提出了一种通过计算二阶关联函数来检测稳态纠缠的实用方法。所提出的研究结果强调了等离子ENZ波导在设计设想的芯片上量子通信和信息处理等离子纳米器件中的重要性。
2019-06-14 physics.optics quant-ph
DNA-Assembled Multilayer Sliding Nanosystems
DNA纳米技术允许实现复杂的纳米结构，其中不同成分和大多数功能的空间排列可以通过DNA实现。当光学活性组件集成在这样的系统中时，所得到的纳米结构不仅以系统的方式提供了对纳米级元件自组装的深刻见解，而且还为DNA折纸提供了定制的光学功能。在这封信中，我们展示了DNA组装的多层纳米系统，它可以进行由DNA燃料驱动的协调和可逆的滑动运动。金纳米颗粒交联DNA折纸细丝以定义多层纳米结构的配置，以及介导相邻折纸细丝之间的相对滑动。同时，金纳米粒子作为光学探针与细丝上的荧光团动态相互作用，使原位检测逐步滑动过程成为可能。这项工作为实现具有可编程性和可寻址性的DNA组装复杂光学纳米架构奠定了基础，以新的动力推进了该领域。
2021-04-30 physics.bio-ph physics.optics
Nonradiating and radiating modes excited by quantum emitters in open epsilon-near-zero cavities
控制嵌入在光学腔中的量子发射体（QE）的发射和相互作用性质是在纳米尺度下工程化光-物质相互作用以及量子信息处理发展的关键技术。最先进的光学腔是基于高Q光子晶体和介质谐振器。然而，用更奇特的材料雕刻的空腔可能会获得更丰富的反应。在这里，我们从理论上研究了嵌入开放的ε近零（ENZ）腔中的量子阱的发射和相互作用性质。使用分析方法和数值模拟，它表明，开放ENZ腔提出了支持nonradiating模式独立的腔的外部边界的几何形状（形状，大小，拓扑结构.）的独特属性。此外，在辐射和非辐射模式之间切换的可能性使得能够动态控制QE的发射和QE之间的相互作用。这些现象提供了前所未有的自由度在控制和捕获领域内的光学腔，以及在腔光和声机械系统的设计。
2015-12-03 physics.optics
High-Q, size-independent, and reconfigurable optical antennas via zero-index material dispersion engineering
本研究通过将米氏谐振器嵌入零折射率材料中，克服了传统光子晶体和米氏共振的局限，实现了超过100的高Q因数、尺寸无关性及热调谐可重构性，为动态高Q光学器件提供了新途径。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Polarization-entangled photon pair generation from an epsilon-near-zero metasurface
本文提出一种与 ENZ 材料强耦合的 68 nm 等离激元超表面，通过调控二阶非线性极化率张量，在无需额外元件的情况下高效产生偏振纠缠 Bell 态。
2024-06-13 physics.optics
Plasmonic Electro-Optic Modulators based on Epsilon-Near-Zero Materials: Comparing the Classical Drift-Diffusion and Schrödinger-Poisson Coupling Models
本研究针对基于近零介电常数材料ITO的等离子体电光调制器，对比经典漂移扩散与薛定谔-泊松耦合两种载流子建模方法，设计出与硅波导集成、1550nm波长下性能优异的超短调制器，明确了ENZ材料载流子精确建模的重要性。
2024-12-07 cond-mat.other physics.optics
Perturbative sensing of nanoscale materials with millimeter-wave photonic crystals
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Laboratory, Menlo Park（SLAC国家实验室）
利用毫米波硅光子晶体腔实现纳米级材料的高灵敏度扰动传感，通过低温表征和异质结构实验验证其在极端环境下的应用潜力。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale confinement of all-optical switching in TbFeCo using plasmonic antennas
在过渡金属-稀土合金GdFeCo 1 -5中首次观察到了飞秒激光脉冲引起的磁畴全光开关（AOS）现象;这一现象表明了光学控制磁性的潜力，可用于更快发展的未来磁纪录技术。由于在其他材料中发现了相同的效果，包括无RE磁性多层膜，AOS的技术潜力最近有所增加。然而，为了在技术上有意义，AOS必须与传统存储设备的位密度竞争，将光学切换的磁性区域限制在远低于衍射极限的尺寸。在这里，我们展示了可重复的和强大的全光开关的磁畴的53 nm大小的亚铁磁TbFeCo合金使用金等离子体天线结构。使用X射线共振全息成像在等离子体天线周围和下方对受限的纳米级磁反转进行成像。我们的研究结果表明，未来的AOS-based磁纪录技术的潜力。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced third harmonic generation from the epsilon-near-zero modes of ultrathin films
我们实验证明了有效的三次谐波产生从铟锡氧化物（ITO）纳米膜（λ/42厚）在玻璃基板上的泵浦波长为1.4 μ m。通过利用增强因子为200的ε近零（ENZ）模式的场增强特性，实现了3.3x10^-6的转换效率。这种纳米级频率转换方法适用于其他等离子体材料和剩余辐射材料的纵向光学声子频率附近。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Epsilon-Near-Zero Materials based Photonic Architectures for Absorption and Emission Control
INDIAN INSTITUTE OF SCIENCE EDUCATION AND RESEARCH（印度科学教育与研究机构）
本研究以近零介电常数（ENZ）材料为基础，开发光学平台调控光与物质相互作用，实现光谱选择性能量管理、增强二维材料吸收发射等，为相关领域提供高效可调的解决方案。
2026-08-11 physics.optics
Enhanced nonlinear optical response of single metal-dielectric nanocavities resonating in the near-infrared
谐波发生机制在纳米科学和纳米技术中具有极大的兴趣，因为它们允许通过使用近红外辐射来产生可见光，这特别适合于其在生物纳米光子学和光电子学中的无限应用。在这种情况下，多层金属-介电纳米腔被广泛用于纳米尺度的光限制和波导。它们表现出强烈的局部共振，可以方便地在近红外调谐，因此是理想的增强在这个光谱范围内的非线性效应。在这项工作中，我们实验研究了多层金属-介质纳米腔的非线性光学响应。通过设计它们的吸收效率和利用它们固有的界面诱导对称性破缺，与具有相同几何形状和共振行为的金纳米结构相比，我们实现了一个数量级的二次谐波产生效率。特别是，虽然第三阶非线性极化率是可比的散装金，我们估计的第二阶非线性极化率的顺序为1 pm/V，这是可比的典型的非线性晶体。我们设想，我们的系统，它结合了等离子体和介电材料的优点，可能使复合材料和多功能纳米系统的实现在纳米尺度上的非线性光学过程的有效操纵。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Momentum considerations inside near-zero index materials
已知近零折射率（NZI）材料，即具有接近零的相位折射率的材料，增强或抑制光-物质相互作用。基本辐射过程的大多数理论推导依赖于能量考虑和细致平衡方程，而不是动量考虑。由于动量交换也应该被纳入理论模型，我们研究了三类NZI材料内部的动量，即ε和μ近零（EMNZ），ε近零（ENZ）和μ近零（MNZ）材料。在色散材料中Abraham-Minkowski争论的背景下，我们证明了在所有类别的NZI材料中光的Minkowski正则动量为零，而在ENZ和MNZ材料中光的Abraham-kinetic动量为零，但在EMNZ材料中不为零。我们从理论上证明了NZI材料中的动量反冲、光场向原子的动量转移和多普勒频移都受到了抑制。基本的辐射过程抑制也解释了由于三维NZI材料内的动量考虑。最后，在狭缝实验中没有衍射图样被认为是零闵可夫斯基动量的结果。这些发现对于更好地理解纳米尺度下的基本光-物质相互作用以及激光应用具有吸引力。
2021-08-21 physics.optics quant-ph
Ferrell-Berreman modes in plasmonic epsilon-near-zero media
我们在银/二氧化硅多层材料中观察到独特的吸收共振，这些吸收共振与Ferrell（1958）和Berreman（1963）最初研究的薄膜的辐射体等离子体激元极化激元态有关。在局部有效介质中，超材料描述，这些微观模式的激发的独特效果是违反直觉的，并且在复传播常数中捕获，而不是有效介电常数。理论分析表明，该材料的能带结构存在多个具有慢光特性的Ferrell-Berreman分支。传播常数揭示细微的微观共振的证明可以导致设备的设计，其中Ferrell-Berreman模式可以用于从等离子体传感到成像和吸收增强的实际应用。
2015-05-22 physics.optics
Mid-Infrared Single-Photon Detection via Enhanced Cross-Phase Modulation in Topology-Optimized Epsilon-Near-Zero Dual-Wavelength Nanocavities
Boston University（波士顿大学）；Tampere University（坦佩雷大学）
研究通过格林张量量化理论，在双波长纳米腔中实现中红外单光子探测的交叉相位调制过程，得到可实现的XPM频移公式，经有限元模拟验证可行性，为中红外单光子非线性器件工程设计建立基准。
2026-08-25 physics.optics
Time-domain extreme ultraviolet diffuse scattering spectroscopy of nanoscale surface phonons
Elettra Sincrotrone Trieste（的里雅斯特同步辐射中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）；Max Born Institute（马克斯·玻恩研究所）；University of Bern（伯尔尼大学）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；University of Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；University of Siegen（锡根大学）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）；Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福材料与能源科学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Stanford PULSE Institute, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福PULSE研究所，SLAC国家加速器实验室）
该研究通过极紫外漫散射光谱学实现了对纳米尺度表面声子的时域观测，揭示了光学激发产生相干表面声子的机制，并为扩展表面声子光谱学的波矢范围提供了新方法。
2026-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Model independent X-ray standing wave analysis of periodic multilayer structures
我们提出了一个模型独立的方法重建的原子浓度分布在纳米级的层状结构，测量使用X射线荧光产率调制的X射线驻波（XSW）。该方法基于表征荧光产率的线性方程组的直接正则化解。建议的技术进行了优化，但不限于，周期性分层结构的分析，在布拉格条件下形成的XSW。所开发的方法被施加到重建的原子浓度分布的LaN/BN多层膜与50个周期的35 A厚的层。该物体特别难以用传统方法进行分析，因为组成材料之间的界面区域的估计厚度与各个层的厚度相当。然而，使用建议的技术，它是可能的重建La原子分布，显示La原子保持局域化的LaN层和界面内，并没有扩散到BN层。原子分布的精度为1 A。Kr荧光产率的分析表明，Kr原子起源于溅射气体被困在两个BN上的氮化镧和BN上的氮化镧界面。
2013-09-12 physics.data-an physics.optics
Layer-Resolved Nonlinear Optics in Finite-Thickness Two-Dimensional Systems
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）
针对有限厚度范德华多层膜中非线性光学响应的体材料框架失效问题，建立了基于对称性的分类框架，揭示了层分辨的皮肤、弱皮肤和隐藏效应，并通过第一性原理计算验证了堆叠序对响应空间模式和幅度的显著调控。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantitative infrared near-field imaging of suspended topological insulator nanostructures
利用拓扑绝缘体材料的有前途的拓扑表面状态的纳米固态器件的开发需要仔细的器件工程和改进的材料质量。例如，引入衬底、器件接触或形成氧化物层可能会导致材料的无意掺杂，从而破坏所追求的特性。为了支持这一点，纳米成像工具可以提供有用的材料信息，而不需要复杂的设备制造。在这里，我们研究Bi $_2$ Se $_3$纳米带悬浮在多个材料堆叠的SiO $_2$和Au使用红外散射扫描近场光学显微镜。我们验证我们的意见对多层有限偶极子模型，以获得定量成像的局部Bi $_2$ Se $_3$的属性，根据当地的环境。此外，我们确定的实验签名，我们与量子阱态在Bi $_2$ Se $_3$表面。我们的方法为基于拓扑绝缘体材料的纳米电子器件的未来工程开辟了一个新的方向。
2021-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optimizing achromaticity in metalenses, and development of a layered thin-film metalens
超透镜是设计成利用纳米级谐振结构来重定向入射光以复制常规折射透镜或透镜阵列的行为的微透镜光学装置。这些通常由离散的元原子组成，例如纳米级电介质柱。消色差聚焦-与传统的多元件折射对应物相关联-经常尝试单层超透镜设计，这已被证明难以用有界折射率和总透镜厚度实现。最近的一项研究（F.Presutti和F.Monticone，2020年）将此形式化，将光学延迟线限制应用于超透镜，导致聚焦系统的消色差性的普遍权衡。在这项工作中，我们（1）从理论上探讨了消色差超透镜设计，（2）提出了一个薄膜多层设计作为替代离散元原子的方法大数值孔径（NA）消色差超透镜。它示出，波前调制也可以实现光谱变化的传输幅度，而不是纯粹匹配的相位分布。事实上，即使折射率有界，在给定光谱范围内的完美消色差操作也可能被其他地方的不完美操作所抵消，导致NA受到控制的最小一般光谱特征的限制。这些考虑导致了一个广义的相位匹配优化程序，并模拟了一个薄膜超透镜，使用分层的TiO 2/MgF 2的总厚度小于1 μm（20层），在6个同时波长（350-740 nm，Δλ~65 nm）聚焦。对于中等NA（~0.35），反射光的显著比例（>40%光谱平均值）被聚焦。随着光学涂层工业的成熟，保形薄膜方法从其离散纳米级元原子等效物降低了制造复杂性。
2022-02-08 physics.optics
Giant optical anisotropy and visible-frequency epsilon-near-zero in hyperbolic van der Waals MoOCl2
Emerging Technologies Research Center, XPANCEO（新兴技术研究中心，XPANCEO）；Department of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化学技术大学无机化学系）；National Graphene Institute (NGI), University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）；Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学材料科学与工程系）；Institute for Functional Intelligent Materials, National University of Singapore（新加坡国立大学功能智能材料研究所）
该研究通过实验确定了超双曲vdW MoOCl2的完整介电张量，揭示其在可见光频的ε近零条件及超大双折射特性，为超双曲和ENZ材料提供了基准参数。
2025-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Evidence of Excitonic Optical Tamm States using Molecular Materials
我们报告的第一个实验观察到的激子光学Tamm状态支持在一个周期性的多层介电结构和有机染料掺杂的聚合物层之间的界面。这种状态的存在是由基于聚集的染料分子的激子层的类金属光学性质实现的。实验确定的色散曲线，连同模拟数据，包括字段配置文件，使我们能够识别这些新模式的性质。我们的研究结果表明，有机激子材料作为一种强大的手段，在纳米级控制光的潜力，提供了一种新的替代类型的纳米光子学的基础上分子材料的前景。
2015-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
