Fast and slow nonlinearities in ENZ materials
具有增强的光-物质相互作用能力的新型材料在实现非线性光学的崇高目标中起着至关重要的作用。最近，ε近零（ENZ）介质已经成为一个有前途的候选人，使增强的几个非线性过程，包括折射率调制和谐波产生。在这里，我们分析了ENZ介质的光学非线性，以阐明与其他非线性介质的共性和其独特的性质。我们专注于透明导电氧化物（TCO）作为家庭的ENZ媒体与近零介电常数在近红外（电信）波段。我们调查的瞬时和延迟的非线性。通过确定它们的共同起源带非抛物性，我们表明，它们的相对强度是完全由能量和动量弛豫（或退相）时间的比率。使用这个框架，我们将ENZ材料与文献中研究的许多有前途的非线性介质进行了比较，并表明虽然ENZ材料在快速或慢速非线性方面都没有从根本上超过传统材料的强度，但它们具有关键优势，例如理想的响应时间，固有的慢光增强，和宽带特性，使其成为未来几十年超快光子应用的宝贵工具。
2020-07-10 physics.optics
Dispersion engineering of infrared epsilon-near-zero modes by strong coupling to optical cavities
Indian Institute of Science Education and Research, Mohali（印度科学教育研究所）
本文通过强耦合光学腔体实现对ENZ模式色散的精确控制，利用可调偏振器和相变材料实现动态色散调控，推动了ENZ相互作用的研究和应用。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci 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
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
A Space-Time Knife-Edge In Epsilon-Near-Zero Films for Ultrafast Pulse Characterization
本文提出时空刀口方法，将ENZ材料的强时空折射率调制与光束偏转技术结合，仅用两次时间分辨测量即可表征超快脉冲的时空信息，无需相位匹配且可实现高信噪比，展示了ENZ材料在超快光测量中的应用价值。
2024-08-01 physics.optics
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
Nonreciprocal metasurfaces with epsilon-near-zero materials
本研究展示了一种基于氧化铟锡介电常数近零区域的超快非互易超表面，工作在1200-1300纳米波段，实现幅度和相位非互易，为纳米尺度波前控制开辟新途径。
2025-01-23 physics.app-ph physics.optics
Understanding the nonlinear optical response of epsilon near zero materials in the time-domain
该研究开发了透明导电氧化物非线性光学响应的自洽时域模型，并验证了基于ITO的超表面显著增强非线性响应，实现了近零介电常数材料的定量纳米光子学设计。
2021-10-27 physics.comp-ph physics.optics
Interference Induced Complex Nonlinearities in Metal-ITO Metasurfaces
本文通过建模与实验揭示金属-ITO超表面中SHG/THG的复有效非线性系数源于金属、ITO及界面非线性源的相干干涉，证明色散χ²和复系数对匹配光谱与角度图案不可或缺，从而无需依赖ENZ场增强即可统一解释其非线性发射。
2025-09-21 physics.optics
Nonlinearity Reversal in Epsilon-Near-Zero Indium Tin Oxide Driven by Few-Cycle Light Pulse
Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学比尔克纳米技术中心）；Institute of Photonics and Quantum Sciences, Heriot-Watt University（爱丁堡赫瑞-瓦特大学光子与量子科学研究所）
利用少周期泵浦激光脉冲（亚8飞秒）在低于损伤阈值的光通量下实现超高强度，观察到氧化铟锡在近零介电常数区的光学响应趋势反转，提出双光子吸收模型解释该现象。
2026-06-11 physics.optics
Effective Quantization of Lossy Nonlinear Epsilon-Near-Zero Media
Harvard University（哈佛大学）；Michigan Technological University（密歇根理工大学）；St. Louis University（圣路易斯大学）
针对介电常数近零材料中传统量子化失效的问题，提出首个有效单激发量子化方法，将线性响应、非线性与损耗统一描述为极化激元，为量子光子学应用奠定基础。
2026-09-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Can crystal symmetry reshape ENZ photonics?: Opinion
University of Lisbon – Instituto Superior Técnico and Instituto de Telecomunicações（里斯本大学 - 高等技术学院与电信研究所）
本文围绕ENZ光子学，提出可利用低对称性导体的晶体对称性调控其响应，这类材料或能实现偏振相关增益等效应，可应用于有源与时变纳米光子学。
2026-08-05 physics.optics
Gallium-doped Zinc Oxide: Nonlinear Reflection and Transmission Measurements and Modeling in the ENZ Region
几十年来，人们一直在寻求强非线性材料，以应用于电信，传感和量子光学。镓掺杂氧化锌是一种II-VI透明导电氧化物，在电信波段显示出类似于铟锡氧化物和铝掺杂氧化锌的有前途的非线性。在这里，我们探讨了它的非线性在近零（ENZ）区域，并显示在4.5 × 10 -3 cm-2 GW-1的数量级的n2，eff值为200-300 nm的薄膜上的IR泵浦。在近红外中激发的同时，用近红外中的白光源探测器测量透射和反射的非线性变化提供了时间和波长两方面的数据。三种薄膜的厚度，光损耗，和ENZ交叉波长不同的数值模拟和比较实验数据显示协议的色散和时间松弛。此外，我们讨论了最佳的激发和探测波长发生在ENZ周围的厚膜，但红移的薄膜，我们的模型提供了一个额外的自由度来探索。获得准确的非线性测量是一项困难且耗时的任务，本文中我们的方法为社区提供了感兴趣的ENZ材料的实验和建模数据。
2022-11-09 physics.optics
Thermo-optic dynamics of effective epsilon-near-zero media
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；City University of Hong Kong (Dongguan)（香港城市大学（东莞））；Sun Yat-sen University（中山大学）；Università di Pavia（帕维亚大学）
研究揭示了在ε近零介质中，温度变化可重新配置介质参数，产生显著的线性和非线性光学响应，提出热光效应作为有效介质静态与动态重构的统一框架。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Three-wave mixing experiments in indium-tin-oxide thin-films with no phase matching
研究证明利用氧化铟锡薄膜的epsilon-near-zero特性，可在无需泵浦光与信号光相位匹配的条件下实现高效二阶非线性相互作用与级联三波混频，解决了非线性光学应用中的相位匹配难题。
2024-06-06 physics.app-ph physics.optics
Driven Time Crystal in Low-Symmetry ENZ Conductors
University of Lisbon–Instituto Superior Técnico（里斯本大学高等技术学院）；Instituto de Telecomunicações（电信研究所）
该研究提出低对称ENZ导体可替代透明导电氧化物，结合ENZ限域与低对称导体的强反常速度非线性，实现受驱动时间晶体响应，能克服耗散损耗并放大探测光束。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
