Vortex Light at the Nanoscale: Twists, Spins, and Surprises -- A Review
本综述统一了纳米尺度光学涡旋的物理,涵盖其超越近轴模型的复杂电磁结构,提出连贯理论框架并综合近期进展,以促进光与物质相互作用的新理解。
2025-08-14 physics.optics
Transparent subdiffraction optics: nanoscale light confinement without metal
纳米电子学与传统光学器件的集成受到光的衍射极限的限制。金属可以将光限制在所需的亚波长范围内,但它们是有损耗的,而介电材料不能将倏逝波限制在波导或谐振器之外,从而导致组件之间的串扰。我们介绍了光限制策略的范式转变,并表明光可以被限制在衍射极限以下,使用完全透明的人工介质。我们的方法依赖于控制倏逝波的光学动量,这是光子器件中被忽视的一个重要电磁特性。对于实际应用,我们提出了一类波导使用这种方法,优于串扰性能的1个数量级相比,任何现有的光子结构。我们的工作通过完全避免使用金属克服了纳米光子学的一个关键障碍,并且可以影响从可见光到微波频率范围的电磁设备。
2014-10-03 physics.optics
Wavelength-dependent photothermal imaging probes nanoscale temperature differences among sub-diffraction coupled plasmonic nanorods
虽然等离子体纳米结构的热和电磁特性已经很好地理解,但纳米温度测量仍然提出了实验和理论挑战。等离子体结构可以将电磁能量限制在纳米级,导致局部的、不均匀的、可控的加热。但是使用光学技术以纳米级的精度读出温度是一个困难的挑战。在这里,我们报告的光学测温的个别金纳米棒三聚体,表现出多种波长依赖性的等离子体激元模式,导致可测量的不同的局部温度分布。具体来说,我们演示了光热显微镜如何编码不同的波长依赖的温度分布的光热图像点扩散函数的不对称性。这些点扩散函数的不对称性解释通过同伴的光热图像的数值模拟,以揭示如何不同的热梯度内的纳米棒三聚体可以通过激发其杂化等离子体模式控制。我们还发现,光学暗的混合等离子体激元模式可以通过我们的聚焦激光束照明几何形状在某些光束位置处激发,从而提供了一种额外的途径来修改宽场照明之外的纳米级热分布。总之,这些研究结果证明了一种全光学测温技术,可以在衍射极限以下的纳米级上主动创建和测量热梯度。
2021-03-15 physics.optics
Plasmonics with a Twist: Taming Optical Tornadoes on the Nanoscale
本章讨论了一种受流体力学启发的方法来捕获和操纵等离子体纳米结构中的光,该方法基于引导纳米障碍物周围的光学功率流。等离子体纳米聚焦机制的新见解是通过调用“光子流体”(PF)的类比获得的。通过适当的纳米结构设计,PF动能可以通过对流加速局部增加,然后转化为“压力”能量以产生高场强的局部区域。特别是,被捕获的光可以被塑造成光学漩涡--像龙卷风一样的能量通量圆周运动的区域--连接成类似传输的序列。在电磁理论术语中,这种方法是基于倏逝场的无辐射电磁干扰,而不是基于纳米颗粒中诱导的偶极子辐射的传播波的干扰。由此产生的操纵光学功率流远远超过衍射极限的能力有助于减少耗散损耗,增加纳米级体积内积累的能量,并激活非磁性纳米结构中的磁响应。它也形成了一个基础,为长距离的芯片上的能量传输/路由,以及为主动纳米级场调制和开关。
2014-05-07 physics.optics
Mapping the nanoscale optical topological textures with a fiber-integrated plasmonic probe
针对纳米级光学拓扑纹理三维矢量结构表征难题,提出基于光纤锥-银纳米线结构的等离子体探针,无需后处理即可直接重建远场近场三维电场,具鲁棒宽带特性,可推动光场拓扑表征及相关应用发展。
2024-09-12 physics.optics
Coherent control of nanoscale light localization in metamaterial: creating and positioning a sub-wavelength energy hot-spot
在纳米尺度上精确控制和操纵光场是纳米光子学中最重要和最具挑战性的问题之一。由于光波长在更大的微尺度上,因此不可能为此目的采用常规聚焦。我们表明,在超材料系统中的离散超分子之间的强光诱导相互作用和相干单色连续光束与空间定制的相位分布可以用来制备亚波长尺度的能量本地化。可以在超材料领域中任意创建和定位像$λ/10$这样小的隔离良好的能量热点,为数据存储和成像应用提供新的机会。
2010-10-12 physics.optics
Mapping nanoscale hotspots with single-molecule emitters assembled into plasmonic nanocavities using DNA origami
制造纳米腔,其中光学活性的单量子发射器被精确定位,是至关重要的构建纳米光子器件。在这里,我们表明,自组装的基础上强大的DNA折纸结构可以精确地定位单分子横向之间的等离子体基片,支持强烈的光学约束之间的子5nm的间隙。通过将单分子放置在纳米腔的中心,我们示出了漂白发色团之前和之后的等离子体共振的修改,并且获得了具有高量子产率($\geq50$ %)的$\geq4\times10^3$的增强。通过改变分子在带隙中的横向位置,我们直接绘制了局域光学态密度的空间分布,分辨率为$\pm1.5$ nm。我们的方法引入了一种简单的非侵入性方法来测量和量化纳米尺度上的受限光学模式。
2017-10-30 physics.optics
Super-resolution technique enabled by higher-order Bessel beams in nanoscale optical structures
Vellore Institute of Technology(维洛尔理工学院)
研究旨在突破传统光学显微镜阿贝衍射极限以获取亚波长信息,通过利用高折射率纳米级结构和高阶贝塞尔光束实现超分辨率成像,展示了(λ/53)的分辨率,阐明了相关因素,凸显该方法在多领域应用的潜力。
2026-10-28 physics.optics
Mie resonance engineering in meta-shell supraparticles for nanoscale nonlinear optics
超粒子是由离散的纳米级结构单元组装成复杂的分级胶体超结构。在这样的组件中的整体光学响应在单独的构建块或其散装对应物中未观察到。此外,亚波长尺寸的单元构建块能够雕刻超微粒内的光学超材料,这迄今已超出了目前的胶体工程池。这可以在胶体平台中产生有效的光学特征,具有前所未有的调节这些粒子的电磁响应的能力。在这里,我们介绍和演示的超壳超粒子(MSP),一个全介电胶体超结构的光学非线性超材料外壳上的球形核心符合纳米光子学。我们表明,超材料壳有利于工程的Mie共振MSP,使显着增强的二次谐波产生(SHG)。我们显示了几个数量级的增强二次谐波产生的MSP相比,它的积木。此外,我们还发现,绝对转换效率高达10^-7,远远低于损伤阈值,为低折射率胶体的SHG建立了一个新的基准。MSP提供了实用的解决方案,适用于化学和生物应用的胶体平台的瞬时波长转换。它们的工程性和可扩展性为具有结构和材料多样性的胶体平台中的非线性纳米光子学提供了肥沃的土壤。
2020-08-20 physics.optics
Hybrid KTP-plasmonic nanostructures for enhanced nonlinear optics at the nanoscale
寻求用于非线性光学过程的小型化元件需要一种方法来克服由于有源介质的有效尺寸减小而导致的效率损失。我们在这里调查的纳米尺寸的非线性电介质晶体和金属纳米天线,受益于非线性介质的固有的非线性转换效率和局部场增强金属纳米结构中的等离子体共振的组合。实验和数值模拟之间的仔细比较揭示了所观察到的隔离元件和它们的混合结构之间的二次谐波产生强度的10至1000倍增强可以明确地归因于金晶体结构的非线性晶体上的等离子体共振的场增强效应,而在铝基混合结构中观察到的增强归因于等离子体天线上的线性介电效应。
2020-01-20 physics.optics
Demonstration of a Plasmonic Dimple Lens for Nanoscale Focusing of Light
将电磁能量聚焦到亚波长尺寸已经成为一个日益活跃的研究领域,用于各种应用,例如热辅助磁纪录(HAMR)、纳米光刻以及使用近场扫描光学显微镜(NSOM)技术的生物细胞和单分子的纳米级光学表征。金属-绝缘体-金属(MIM)几何结构中的双面表面等离子体激元已经被示出对于厚度小于10 nm的电介质具有非常小的波长。夹在金属之间的锥形电介质结构可以用于将来自自由空间光子的电磁能量有效地耦合到纳米级的等离子体波长。在本文中,我们提出了一种新的MIM等离子体透镜结构的制造和表征。
2009-06-10 physics.optics
Capacitively-Induced Free-Carrier Effects in Nanoscale Silicon Waveguides for Electro-Optic Modulation
我们在绝缘体上硅(SOI)晶片上制作硅波导,覆盖有二氧化硅,氮化硅或氧化铝,并通过测量环形谐振器的电光行为,我们表征了这些波导中的每一个的包层依赖性和电容诱导的自由载流子效应。通过比较我们的测量数据与模拟结果,我们确认,所观察到的电压依赖性的透射光谱是由于在半导体波导内的空穴和电子的浓度的变化,我们第一次显示如何强烈地依赖于这些影响的包层材料与硅波导接触。另外,发现波导损耗对所施加的电压具有特别高的灵敏度,并且因此可以在需要低损耗或高损耗传播的广泛应用中找到用途。总的来说,这些现象可能会被纳入更复杂的波导设计在未来创造高效率的电光调制器。
2015-08-22 physics.optics
Optical energy optimization at the nanoscale by near-field interference
采用等离子体天线将光亚衍射聚焦在记录介质上需要考虑介质的完整结构,包括电介质覆盖层。我们发现,有限差分时域模拟,光能量转移到磁纪录层是最有效的非谐振天线。此外,我们表明,磁膜中的焦点远低于衍射极限,使纳米级全光磁数据记录是可以实现的。
2012-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear imaging of nanoscale topological corner states
光的拓扑状态表示源自本体性质的有限尺寸光学结构的边界处局部化的违反直觉的光学模式。由体特性定义,这样的边界状态对某些类型的扰动不敏感,从而自然地增强光子电路的鲁棒性。传统上,N维体模对应于(N-1)维边界态。高阶体-边界对应将N维体与边界态联系起来,其维数减少了1以上。一个特别的兴趣在于这种高阶拓扑状态的纳米尺度的小型化。在这里,我们实现了纳米级拓扑角态的超表面与C6对称蜂窝晶格。我们直接观察到纳米级拓扑授权的光的边缘和角落的本地化和增强的光-物质相互作用,通过非线性成像技术。通过拓扑结构授权的纳米级的光控制可以促进经典和量子光子器件的小型化和片上集成。
2022-09-02 physics.optics
Nanoscale optical waveform control of strong-field photoemission
金属纳米结构的强场光电发射最近使基础性发现成为可能。在这里,我们提供的电场控制的电子在最接近的纳米尺度附近的等离子体纳米粒子的帮助下,几个周期的激光波形的理论演示。我们分析了等离子体共振对光电发射特性的影响,并表明只有非共振纳米粒子才能在真正的亚飞秒时间尺度上提供电子控制。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear Optical Rectennas
我们介绍了强耦合光学间隙天线接口的光辐射与载流电子在纳米尺度。该传感器依赖于在隧穿机制中操作的光学天线的非线性光学和电学特性。我们讨论了控制转换的基本物理机制,并证明了双线光学天线可以提供先进的光电功能,超越了定制单个发射器的电磁响应。电子命令层与纳米级光学器件的接口因此可以通过这里讨论的光学整流天线来促进。
2013-08-21 physics.optics
Nanoscale displacement sensing based on nonlinear frequency mixing in quantum cascade lasers
我们展示了一个纳米级的目标位移,依赖于一个单一的量子级联激光器(QCL)的光反馈的传感器方案。该系统结合了QCL对光重注入的固有敏感性和它们在强反馈区的超稳定性,在强反馈区非线性混频现象得到增强。提供了微米波长尺度的原理的实验证明。通过在外腔中插入一个快速移动的参考标准具,我们实现了分辨率为λ/100的位移实时测量。在QCL终端处产生的信号动态显示了将传感器分辨率与参考标准具速度相关联的频闪效应。讨论了测量算法和参考速度的内在限制,揭示了纳米级范围是可以实现的。
2015-04-30 physics.optics
Quantum Optical Binding of Nanoscale Particles
本文建立纳米粒子光学结合的量子理论,指出其量子特征可在近期悬浮纳米粒子实验中观测,并证明自由空间远场光学结合无法产生纠缠且给出规避策略。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
Nanoscale Quantum Optics
纳米量子光学探索纳米光子学系统中的量子现象,以推进纳米和量子光学的基础知识,并利用量子物理学定律开发新的光子学技术。本文综述了该领域的最新进展,重点介绍了四个主要研究领域:纳米尺度下光量子态的产生、检测、操纵和存储,纳米结构介质中的非线性和超快过程,纳米尺度下的量子相干性,协同效应,关联和强约束光场剪裁的多体物理。重点是基本发展和技术影响,特别是有关信息和通信技术、传感和计量以及能源效率的问题。
2019-06-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale optical nonreciprocity with nonlinear metasurfaces
本文提出一种基于硅与VO2混合纳米谐振器二维阵列的非线性超表面,利用光触发VO2相变实现无需外部偏置的纳米级宽带光学非互易性。
2024-04-23 physics.optics
Nanoscale Femtosecond Coherent Radiation and Spatiotemporally Shaped free electron Wavefunction
Peking University(北京大学);Shanxi University(山西大学);Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics(北京大学长三角光电科学研究院)
本文提出基于耦合纳米线对结构,通过强激光激发产生可调谐的纳米尺度飞秒相干辐射,并利用横向光学近场主动整形电子波函数,实现时空可控的飞秒脉冲串。
2025-11-14 physics.optics
Nanoscale Control over Magnetic Light-Matter Interactions
本研究利用经优化的等离子体纳米结构,在纳米尺度实现磁光与物质相互作用的调控,解释了掺镧系离子纳米颗粒自发辐射中光场与近场量子环境不相关这一违背互易定理的现象源于激发与发射光路不同。
2024-02-01 physics.optics
Structured Optical Fields Reveal Nanoscale Chiral Light-Matter Interactions Governed by Optical Chirality
Hokkaido University(北海道大学);Japan Science and Technology Agency(日本科学技术振兴机构)
研究旨在验证光学手性对纳米级手性光-物质相互作用的控制。通过实现特定光场,实验验证了手性纳米粒子的响应与光学手性空间调制相关,非手性粒子无此现象,电磁模拟还证明了对映选择性光阱捕获的可行性。
2026-08-11 physics.app-ph physics.optics
3D Stokes polarimetric imaging at nanoscales
针对光学显微镜和纳米光子学中三维偏振光场分布获取的挑战,提出非傍轴光场纳米级三维斯托克斯偏振成像方案,通过金纳米球阵列探测、圆偏振分量分离及计算算法提取参数,实现高通量成像并可应用于单分子荧光显微镜。
2025-11-14 physics.optics
Engineering Magnetization with Photons: Nanoscale Advances in the Inverse Faraday Effect for Metallic and Plasmonic Systems
本综述探讨了在等离激元架构中工程化逆法拉第效应的最新进展,连接了从经典到量子的理论基础与亚皮秒泵浦探测实验,强调通过纳米结构设计实现磁化控制,并指出预测与测量值间存在数量级差异这一关键挑战及未来探针开发方向。
2025-06-30 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
The influence of van der Waals forces on the waveguide deformation and power limit of nanoscale optomechanical systems
当两个纳米级波导靠近时,超短程力即范德华力(VWF)会迅速增大,并大于外部横向梯度力(TGF)。我们从理论上研究了在一个典型的光机械系统中的VWF对器件性能的巨大影响,包括波导的变形、静摩擦和失效机制。该装置显示出独特的光激活塑性/弹性行为和静摩擦,由于VWF。当输入光功率高于临界功率时,波导粘在衬底上,并且变形是塑性的并且不可恢复,即使总的力小于波导材料的屈服强度。这对光机器件的设计和应用具有重要的指导意义。
2014-01-03 physics.optics
Influence of nanoscale temperature rises on photoacoustic generation: discrimination between optical absorbers based on nonlinear photoacoustics at high frequency
在热弹性状态下,光吸收的光声感测依赖于经由热膨胀系数β从光能到声能的转换。在这项工作中,我们面对的非线性光声产生的理论预测的基础上的动态变化的β(T)在水溶液中的吸收剂的光激发过程中的实验测量。使用高频超声换能器(中心频率20 MHz)检测用532 nm纳秒脉冲照射的有机染料和金纳米球(具有相同的光密度)的溶液的光声产生。在大约4°C的平衡温度下,在低能量密度(几mJ/cm 2)下观察到金纳米球的光声发射,其中水中的线性光声效应消失,突出了来自纳米球溶液的非线性发射。在相同条件下,没有观察到吸收有机染料的发射。在5 mJ/cm 2的固定能量密度下,研究了光声振幅随2°C至20°C平衡温度的变化。虽然来自有机染料的光声振幅在水中遵循β(T)并且在4°C左右消失,但是来自金纳米球的光声振幅在整个温度范围内保持显著。这些实验结果被证明是在定性协议与理论计算的基础上的纳米级和纳秒瞬态变化的热膨胀系数的水周围的金纳米球。我们的研究结果表明,在高频光声成像的背景下,纳米颗粒可以区分分子吸收剂的基础上的非线性能量密度依赖性或平衡温度依赖性的光声振幅。
2013-09-26 physics.optics
Electron vortex beams for chirality probing at the nanoscale
本文提出利用电子显微镜中自由电子涡旋态相干叠加探测纳米电磁近场手性的方法,并通过金纳米球与手性等离激元纳米天线案例验证其敏感性与纳米级精度。
2025-01-09 physics.optics
Optical resonances in silica-nanosphere dimers and trimers probed with high-energy electrons at the nanoscale
光学介电共振具有调制光能的能力,并且通过将多个共振器耦合到光子分子中,在光谱工程中出现了新的机会。使用电子束光谱,在300 keV的扫描透射电子显微镜,我们探测光子分子在纳米尺度上的光学模式。400 nm硅球单体、二聚体和三聚体的单色电子能量损失谱在紫外区显示出一系列尖锐的峰。对于单体,峰被分配到低角数光学回音壁模式。对于二聚体和三聚体,实验观察,模拟支持,揭示能量转移和峰展宽球形模式之间的耦合。不同的电子探针位置的光谱的变化表明在纳米尺度上提取局部光子态密度信息的可能性。
2021-10-06 physics.app-ph physics.optics
Gold Nanoparticles for Plasmonic Biosensing: The Role of Metal Crystallinity and Nanoscale Roughness
贵金属纳米粒子由于局部表面等离子体激元的激发而显示出特定的光学性质,这使得它们成为高灵敏度生物纳米传感器的有吸引力的候选者。潜在的物理原理是分析物诱导的纳米颗粒周围介质的介电性质的改变或通过共振增强的等离子体激元场增加光学活性分析物的激发和发射速率。无论哪种方式,除了纳米颗粒的几何形状外,金属的介电性质和纳米级表面粗糙度对传感性能起着重要作用。然而,由于基本原理尚未得到很好的理解,我们的目标是在这里通过分析光刻制造的纳米粒子的光学特性,不同的结晶度和粗糙度参数的一个更好的理解。我们通过热退火改变这些参数,并应用薄金膜作为模型系统来检索介电函数的修改。我们调查,一方面,消光光谱,反映了远场性质的等离子体激元激发,另一方面,表面增强拉曼光谱,作为近场探针。我们的研究结果提供了更好的洞察局部表面等离子体及其在生物纳米传感中的应用。
2011-11-03 physics.optics
Micro- and nanoscale focusing across the XUV range of the ASTRID2 light source with a capillary optic
Aarhus University(奥胡斯大学)
本文表征了ASTRID2光源AU-SGM4光束线的消色差毛细管光学元件,实现XUV波段微纳聚焦,最小光束宽900 nm,可用于ARPES实验以研究微小样品。
2026-08-14 physics.optics
Nonlinear Quantum Optics in Optomechanical Nanoscale Waveguides
我们探讨了在纳米级波导中传播的光子之间实现显着的非线性相移的可能性,利用振动模式介导的光子之间的相互作用,并通过受激布里渊散射(SBS)诱导。我们介绍了一种配置,允许通过SBS涉及声波和两个泵浦场的几个数量级的光子减慢。我们提取的条件保持消失的幅度增益或损失缓慢传播的光子,同时保持热声子的影响最小。两个反向传播光子之间的非线性相位可以用来实现确定性相位门。
2016-10-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Model for quantitative tip-enhanced spectroscopy and the extraction of nanoscale-resolved optical constants
近场红外光谱法通过探针尖端的光的弹性光的散射来解决材料在宽能量范围内显着亚波长尺度的光学对比度,并具有纳米级化学识别的能力。然而,目前的探针样品近场相互作用的模型仍然不能提供足够的定量解释测量的近场对比度,特别是在材料的情况下,支持强表面声子。我们提出了一个模型的近场光谱的基本原理和有限元模拟验证,表现出极好的预测协议与可调量子级联激光近场光谱的SiO $_2$薄膜和新提出的纳米级傅里叶变换红外(nanoFTIR)光谱的结晶SiC。我们讨论了探头的几何形状,场延迟,和表面模色散在塑造测得的近场响应的作用。这种处理使一条路线,以定量地确定纳米分辨的光学常数,我们证明,通过反转新提出的纳米FTIR光谱的SiO $_2$薄膜的频率相关的介电函数的中红外光学声子。我们的形式主义进一步使尖端增强光谱作为一个有力的诊断工具,定量纳米尺度光谱。
2014-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Real-time ratiometric optical nanoscale thermometry
全光学纳米测温技术已经成为一种强大的、非侵入性的工具,用于测量从医学到纳米光学和固态纳米器件等应用中的纳米级温度。任何候选纳米温度计的关键特征是灵敏度和分辨率。在这里,我们展示了一种实时的,基于金刚石的纳米测温技术,其灵敏度和分辨率远远大于任何现有的全光学方法。我们的方法的独特性能源于两个因素。首先,温度传感器纳米金刚石共同拥有两个IV族色心,设计成在单个激光源的激发下发射光谱分离的斯托克斯和反斯托克斯荧光信号。第二,基于滤波光学器件和用于快速读出的高灵敏度光子计数器的并行检测方案。我们通过监测微电路和MoTe2场效应晶体管局部温度的时间变化来证明我们方法的性能。我们的工作奠定了时间分辨温度监测和微,纳米器件,如微流体通道,纳米光子电路和纳米电子器件,以及复杂的生物环境,如组织和细胞的映射的基础。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Nonlinear optical absorption in nanoscale films revealed through ultrafast acoustics
本文描述了一种新的自旋泵浦探测光声技术,用于研究薄膜的非线性吸收。作为一个测试案例,喹吖啶酮的有机多晶薄膜,一种众所周知的颜料,具有在几十纳米范围内的厚度,被飞秒激光脉冲激发,产生时域布里渊散射信号。该信号与从薄膜发射到衬底中的应变波直接相关,并且可以用于定量地提取薄膜本身的非线性光学吸收特性。喹吖啶酮表现出二次和三次激光能量密度的依赖制度,我们表明,对应于两个和三个光子的吸收过程。该技术可广泛应用于难以或不可能用传统的基于透射率的测量来表征的材料,包括纳米级的材料,易于激光损伤,具有非常弱的非线性特性,不透明或高度散射。
2022-05-17 physics.chem-ph physics.optics
Planar Optical Nanoantennas Resolve Cholesterol-Dependent Nanoscale Heterogeneities in the Plasma Membrane of Living Cells
光学纳米天线可以有效地将光限制在纳米级热点,从而在生物相关条件下实现单分子检测灵敏度。这种突破衍射极限的创新方法提供了一个多功能平台,用于研究活细胞膜中单个生物分子的动力学及其分配到胆固醇依赖性脂质纳米结构域中。在这里,我们提出了光学纳米天线阵列与可访问的表面热点研究的特征扩散动力学的磷酸乙醇胺(PE)和鞘磷脂(SM)在纳米级的活细胞质膜。对不同间隙尺寸的纳米天线进行的荧光猝发分析和荧光相关光谱表明,与PE不同,SM被瞬时捕获在直径为10 nm的富含胆固醇的纳米结构域中,特征时间约为100 μs。胆固醇的去除导致SM的自由扩散,与纳米畴的分散一致。我们的研究结果是一致的存在高度瞬态和波动的纳米级组件富含胆固醇和鞘脂在活细胞膜,也被称为脂筏。鞘脂分配到脂筏的定量数据是至关重要的,以了解在纳米级的活细胞膜上的瞬时分子复合物的时空异质组织。所提出的技术是完全生物相容的,因此为生物物理学和活细胞研究提供了各种机会,以揭示仍然隐藏在共焦衍射限制测量中的细节。
2017-11-17 physics.bio-ph physics.optics
Ultrafast demagnetization in a ferrimagnet under electromagnetic field funneling
对提高磁存储器存储的密度、速度和能量效率的追求已经导致了对在超快时间尺度上光学操纵磁性的新方式的探索,特别是在亚铁磁合金中。虽然全光磁化切换在飞秒时间尺度上已经建立,但横向纳米级限制以及因此潜在的磁性元件尺寸的显著减小仍然是一个突出的挑战。在这里,我们采用共振电磁能量泛函等离子体纳米天线的影响铁磁TbCo合金薄膜的退磁动力学。我们演示了如何在谐振光学飞秒泵浦下的Ag纳米环形天线减少整体磁光响应,由于在下面的膜中的退磁高达三倍相比,非谐振照明。我们将这种大幅减少归因于退磁过程的纳米级限制。这是定性支持的电磁模拟,有力地证明了从纳米天线到亚铁磁膜的纳米尺度的光能funterm。这是在这种系统中实现纳米级确定性超快全光磁化开关的第一步和定义性步骤,为开发纳米级超快磁光开辟了一条道路。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Atomically thin silver films for enhanced nanoscale nonlinear optics
本文提出利用原子级薄晶体银膜中的量子限域效应增强二次谐波产生,克服纳米光子平台相互作用体积小的限制,为高效纳米尺度非线性光学及其在光子学、传感和量子技术中的应用提供新途径。
2025-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation and Enhancement of Persistent Nanoscale Magnetization in All-Dielectric Metasurfaces by Optically Injected and Localized Free Carriers
School of Applied and Engineering Physics, Cornell University(康奈尔大学应用工程物理学院)
研究通过光注入和局域自由载流子生成和增强所有电介质超材料中持久的纳米尺度磁化,利用分析方法和电磁模拟实现时间界面,产生大范围的静态磁场。
2026-04-22 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
ENZ materials and Anisotropy: Enhancing Nonlinear Optical Interactions at the Nanoscale in Metal/Conducting-Oxide Multilayer Stacks
ε-近零材料是研究纳米尺度电动力学和非线性光学过程的特殊候选材料。我们证明,通过交替的金属和高掺杂的导电氧化物,ε-近零制度可以访问导致各向异性,复合纳米结构,显着增强非线性相互作用。使用两个独立的和不同的计算技术,我们表明,该结构可以提高近两个数量级的局部场强,在很大程度上是由于发病的有效各向异性。使用微观流体动力学方法对多层纳米结构的研究也揭示了两种竞争性贡献的作用,这两种贡献在很大程度上被忽视,但可以显着改变结构的线性和非线性响应:非局域效应,使产生的共振蓝移,和热电子非线性,其随着自由电子的有效质量作为入射功率密度的函数增加而使等离子体频率红移。最后,我们表明,即使在没有二阶体非线性,二阶非线性过程也显着增强的层状结构。
2020-07-16 physics.app-ph physics.optics
A matter of perspective: how nanoscale optical defects limit cosmic-scale gravitational wave observations
本研究聚焦纳米级光学缺陷对引力波观测的限制,借助引力波领域主流模拟工具Finesse推进缺陷效应建模研究,为下一代地面引力波探测器的光学系统研发提供指导。
2025-09-01 gr-qc physics.ins-det physics.optics
All-Dielectric Photo-thermo-optical Metasurfaces for Thermal Landscaping at the Nanoscale
本文提出一种基于热光非晶硅纳米谐振器的全介质超表面逆向热设计框架,通过预计算吸收光谱库实现纳米尺度温度场调控,并预测光热催化反应速率提升超30%。
2025-10-17 physics.app-ph physics.optics
Plasmon-enhanced optical control of magnetism at the nanoscale via the inverse Faraday effect
本研究通过圆偏振飞秒激光激发金纳米盘产生局部磁场,利用逆法拉第效应实现了对相邻磁性薄膜磁化的超快纳米尺度光学控制,并发现偏离共振波长激发可避免多余加热,为纳米自旋电子器件的光驱动控制提供了新途径。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoscale resolved mapping of the dipole emission of hBN color centers with a scattering-type scanning near-field optical microscope
University of Münster(明斯特大学);Ludwig-Maximilians-Universität München(慕尼黑大学);CIC nanoGUNE BRTA(nanoGUNE研究中心);University of Warsaw(华沙大学)
利用散射型近场光学显微镜研究hBN色心的纳米尺度偶极子取向,通过探针辅助PL过程实现高精度成像。
2025-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Twisted Nano-optics: Manipulating Light at the Nanoscale with Twisted Phonon Polaritonic Slabs
最近的发现表明,当两层范德华(vdW)材料叠加在一起时,它们各自的面内主轴之间的相对扭转角,耦合系统的电子性质可以显着改变。在这里,我们证明了一个类似的概念可以扩展到光学领域,特别是传播极化激元,混合光-物质相互作用。要做到这一点,我们制造的堆叠组成的两个扭曲的平板的极性vdW晶体(MoO 3)支持低损耗各向异性声子极化激元(PhPs),和图像的传播时,后者发射的本地化源(金属天线)。我们的图像显示,在一个临界角的PhPs的iscurve曲线(确定在一个固定的频率的PhPs动量)经历了一个拓扑转变。值得注意的是,在这个角度下,PhP的传播沿着预定的方向(渠化区域)被强烈引导,而没有几何扩散(无衍射)。这些结果证明了一个新的自由度(扭转角),用于控制在纳米尺度的极化激元的传播与纳米成像,(生物)传感,量子应用和热管理的潜力。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear imaging of nanoscale topological corner states
光的拓扑状态表示源自本体性质的有限尺寸光学结构的边界处局部化的违反直觉的光学模式。由体特性定义,这样的边界状态对某些类型的扰动不敏感,从而自然地增强光子电路的鲁棒性。传统上,N维体模对应于(N-1)维边界态。高阶体-边界对应将N维体与边界态联系起来,其维数减少了1以上。一个特别的兴趣在于这种高阶拓扑状态的纳米尺度的小型化。在这里,我们实现了纳米级拓扑角态的超表面与C6对称蜂窝晶格。我们直接观察到纳米级拓扑授权的光的边缘和角落的本地化和增强的光-物质相互作用,通过非线性成像技术。通过拓扑结构授权的纳米级的光控制可以促进经典和量子光子器件的小型化和片上集成。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
In-situ real-time observation of photo-induced nanoscale azo-polymer motions using high-speed atomic force microscopy combined with an inverted optical microscope
本文将针尖扫描式HS-AFM与倒置光学系统耦合,实现紧聚焦激光照射下偶氮聚合物纳米运动的原位实时成像与定量形貌分析。
2023-12-12 physics.chem-ph physics.optics
Nanoscale Optical Imaging of 2D Semiconductor Stacking Orders by Exciton-Enhanced Second Harmonic Generation
二次谐波产生(SHG)是一种非线性光学响应,完全由电偶极极限下的反转对称性破缺引起。近年来,二次谐波作为表征晶体对称性和量子材料中新出现的铁性或拓扑有序的一种多功能和非侵入性的工具,引起了人们的广泛兴趣。然而,传统的远场光学无法探测深亚波长尺度的局部对称性。在这里,我们展示了近场SHG成像的二维半导体和异质结构的空间分辨率下降到20 nm,使用散射型纳米光学装置。我们发现,近场倍频效率大大提高了原子薄的过渡金属二硫属化物中的激子。此外,通过相关的非线性和线性散射型纳米成像,我们解决了双层WSe 2的层间堆叠顺序的纳米尺度变化,并揭示了堆叠调谐激子光物质相互作用。我们的工作展示了在纳米尺度上对晶体对称性和结构-性质关系的非线性光学询问,这些关系与量子材料中的新兴性质有关。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mapping Nanoscale Electromagnetic Near-Field Distributions Using Optical Forces
我们展示了应用原子力显微镜(AFM)为基础的光学力显微镜映射的光学近场与纳米分辨率,仅限于AFM探针的几何形状。我们映射的电场分布的紧密聚焦的激光束与不同的偏振,并表明,实验测量的数据与理论预测的偶极-偶极相互作用模型,从而验证了我们的方法。我们进一步验证了所提出的技术,通过测量纳米颗粒和金涂层AFM探针之间的光学力来评估由球形纳米颗粒散射的光学电场。该技术允许波长无关,无背景,热噪声限制的光学现象的机械成像,灵敏度受AFM性能限制。由于电和磁偶极-偶极相互作用的光学力可以使用这种技术测量。
2014-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Optical Thermometry with Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride
纳米尺度光学测温是一种具有高灵敏度和高空间分辨率的非接触式局部温度测量方法。在这项工作中,我们提出了一个确定性的光学测温技术的基础上,在纳米六方氮化硼量子发射。我们表明,这些纳米温度计表现出更好的性能比同源,全光学纳米温度计的灵敏度和工作温度范围。我们通过监测各种定制微电路中特定位置的局部温度来证明它们作为纳米温度计的有效性。这项工作开辟了新的途径,纳米级的温度测量和热流研究的小型化,集成器件。
2020-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Effusivity-Controlled Interfacial Thermal Transport Revealed by Nanoscale Optical Thermometry
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Bhopal(印度科学教育研究所博帕尔分校)
利用时间分辨热光学衍射断层扫描技术,发现界面热扩散由热渗透率对比控制,并推导出有效界面扩散率,实验与理论定量吻合。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
Thermalization properties at mK temperatures of a nanoscale optomechanical resonator with acoustic-bandgap shield
在亚开尔文温度下对机械谐振频率为3.6GHz的纳米硅光机械晶体腔进行了光学测量。我们推断光学吸收引起的加热和阻尼的机械谐振器的声子占有率和运动边带不对称性的测量。在最低的探测功率和最低的冰箱温度(10mK)下,发现局域机械共振以400Hz(Q= 9 × 10^6)的速率耦合到温度为270mK的热浴中。这些测量结果表明,硅光机械晶体冷却到毫开尔文温度应该适合于各种实验,涉及光子和声子之间的相干耦合在单量子水平。
2014-03-14 physics.optics quant-ph
Nanoscale magnetophotonics
该观点调查了科学和技术的最新技术和未来前景,采用纳米限制光(纳米光子学和纳米等离子体)与磁性相结合。我们把这个领域广泛地称为纳米磁光子学。我们包括一个一般性的介绍领域,并描述了新兴的磁光效应的磁等离子体和磁光子纳米结构支持本地化和传播等离子体。特别注意的是磁等离子体晶体与横向磁化和相关的纳米光子非互易效应,并在纳米结构的周期性阵列的磁光效应。我们也给出了这些系统在生物和化学传感,以及在光的偏振和相位控制的应用的概述。我们进一步回顾了非线性磁光子学,半导体自旋等离子体,以及光磁学和纳米光学超快控制磁学和自旋电子学的一般原理和应用。
2020-02-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics