Fano-enhanced pulling and pushing optical force on active plasmonic nanoparticles
我们展示了可调的拉和推光学力周围的Fano共振等离子体纳米结构。等离子体纳米结构包含一个具有光学增益的球形核心和一个金属外壳，显示出比纯增益球大得多的光学拉力。在四极模处可以获得很大的场增强和巨大的拉力。光抽运的引入补偿了金属壳的损耗，使窄四极模与板偶极模之间产生强耦合，产生Fano共振。这种巨大的负力来源于Fano共振时电场的反转，对束缚电流和束缚电荷产生拉力。同时，洛伦兹力的分离有助于揭示增益系统中拉力的本质。我们已经表明，通过应用洛伦兹力密度公式，可以获得由色散和有损耗的超材料组成的复杂非均匀结构内部的力的正确值，而与电磁动量密度无关。我们的研究结果提供了一种实用的方法来操纵纳米粒子，并深入了解光-物质相互作用。
2017-04-21 physics.optics
Modeling columnar thin films as platforms for surface-plasmonic-polaritonic optical sensing
利用表面等离子体激元（SPP），柱状薄膜（CTF）的相对介电常数和孔隙率可以任意调节，是一种极具吸引力的光学传感平台。CTF的纳米尺度模型参数确定从其测得的相对介电常数并矢，反演后的Bruggeman均匀化形式主义。然后，这些模型参数被用来确定流体渗透的CTF的相对介电常数并矢。接下来解决了两个边界值问题：第一个涉及由半无限厚金属和半无限厚CTF的平面界面引导的SPP波传播，第二个涉及在修改的Kretschmann配置中1/4厚金属层和CTF的平面界面的平面波响应。数值研究表明，流体折射率越大，SPP波传播的相速越低，传播长度越短。此外，在修改的Kretschmann配置中激发SPP波所需的入射角随着流体的折射率增加而增加。
2009-10-28 physics.optics
Graphene epsilon-near-zero plasmonic crystals
等离子体晶体是由亚波长尺度的工程结构组成的一类光学超材料。它们表现出在自然界正常情况下不存在的光学性质，例如负折射率和ε近零（ENZ）行为。基于石墨烯的等离子体晶体呈现线性、椭圆形或双曲线色散关系，其表现出ENZ行为、正常或负折射率衍射。通过控制石墨烯的工作频率和掺杂水平，可以动态地调节其光学性质。我们提出了一种构造方法来扩展ENZ行为的频率范围。我们演示了如何与光学洛伦兹响应的主体材料与遵循Drude模型的石墨烯电导率相结合，导致ENZ条件跨越大的频率范围。
2019-05-31 physics.app-ph physics.optics
On columnar thin films as platforms for surface-plasmonic-polaritonic optical sensing: higher-order considerations
柱状薄膜（CTF）的孔隙率和光学特性的定制能力使其成为光学传感的有前途的平台。特别地，由渗透的CTF和薄金属层的平面界面引导的表面等离子体激元（SPP）波可以被利用来检测穿透CTF的柱之间的空隙区域的物质。这种情况下进行了研究，理论上使用高阶均匀化技术，基于扩展版本的二阶强介电常数波动理论，考虑到组成渗透CTF的组分颗粒的大小和这些颗粒的统计分布。数值研究表明，随着组分粒子尺寸的增大和表征其分布的相关长度的增大，SPP波的相速度减小，SPP波的衰减增大，SPP波穿透CTF的能力减小，激发修正Kretschmann组态SPP波所需的入射角增大，入射到CTF中的SPP波的能量减小，入射到CTF中的SPP波的能量减小，入射到CTF中的SPP波的能量减小。（iv）反射率与入射角关系图中SPP谷的尖锐度增加;以及（v）对渗透流体折射率变化的敏感性降低。
2011-10-12 physics.optics
Substrate Effect on Plasmonic Cube Dimers: Reversal of Optical Binding Force Induced by Strong Fano Resonance
二聚体在不同基底上的Fano共振行为和近场光学结合力的反转至今尚未得到研究。在这项工作中，我们观察到，如果在玻璃或高介电常数介质基板上的紧密定位的等离子体立方体同源二聚体与平行于二聚体轴偏振的平面波照射，没有反转的光学结合力发生。但是如果我们在等离子体基片上应用相同的设置，稳定的Fano共振会随着近场结合力的反转而发生。据观察，在这样的法诺共振更强的耦合之间发生的二聚体和等离子体基片随着基板电流的强烈增强。基于光学洛伦兹力在诱导的较强Fano共振和偶极-偶极共振过程中的异常行为，解释了等离子体立方体二聚体的近场结合力反转现象.虽然以前报道的近场光学结合力的逆转是高度敏感的颗粒尺寸/形状（即异二聚体）和颗粒间的距离，我们的配置提供了这些参数的放松，因此应该用更简单的实验装置进行实验验证。
2017-04-19 physics.optics
Fano resonances and fluorescence enhancement of a dipole emitter near a plasmonic nanoshell
基于Lorenz-Mie理论，我们解析地研究了等离子体纳米壳层附近单个光偶极发射体的自发发射。我们发现，由于光发射体和球之间的耦合的荧光增强可以通过核壳纳米球的纵横比和量子发射体与其表面之间的距离来调节。特别是，我们证明了荧光强度的增强和淬灭都与近场和远场相互作用引起的等离子体Fano共振有关。这些Fano共振具有不对称参数，其符号取决于偶极子相对于球形纳米壳的取向。我们还表明，如果原子偶极子是切向纳米壳层取向，相互作用表现出鞍点的近场能量流。这导致在近场中的洛伦兹荧光增强响应和在远场中的法诺线形。这种相互作用的签名可能有感兴趣的应用程序，用于感测的存在和方向的光发射器在靠近等离子体纳米壳。
2017-10-31 physics.optics
A General Way to Control the Reversal of Near Field Optical Binding Force between Plasmonic or Dielectric Dimers
近场光学结合力的控制是实现粒子聚集、聚集和局域化表面等离子体传感器的关键。到目前为止，还没有通用的方法来逆转不同形状（立方体、圆柱体、环、球体）的等离子体或介电纳米二聚体的近场光学结合力。在这篇文章中，对于等离子体和电介质物体，我们已经证明了一种通用的方法来控制不同形状的二聚体集的近场结合力的逆转。力反转通过简单的对称性破缺来实现，考虑到纳米颗粒一半或少于一半浸没在不均匀的介电背景中，即在空气-水界面处。利用Fano共振、干涉场、光学洛伦兹力的反常行为和象荷理论对这种反转现象进行了解释。然而，如果二聚体集合被放置在介电界面上或完全在均匀介质内，则结合力的符号不反转。我们提出的配置提供了一个通用的机制存档约束力逆转等离子体和电介质对象，这可以通过非常简单的实验装置进行验证。
2018-04-14 physics.optics
Time-domain modeling of interband transitions in plasmonic systems
通过麦克斯韦方程组的时域模拟对色散材料进行有效建模依赖于辅助微分方程技术。在这种方法中，材料的频率依赖性介电常数通过有理函数（例如洛伦兹极点）的和来表示，并且通过拟合实验数据来确定相关的自由参数。在目前的工作中，我们提出了一种修改后的方法等离子体材料，需要比传统方法少得多的拟合参数。具体而言，我们认为基本的微观理论，并在频域中，分离的流体动力学贡献的准自由电子在部分填充带间跃迁。作为一个例子，我们将我们的方法应用到金，并演示如何通过连接到底层电子能带结构来处理有效模型内的带间跃迁，从而为剩余的拟合参数分配物理意义。最后，我们将展示如何利用这种方法内的辅助微分方程的技术。我们的方法可以扩展到其他等离子体材料，并在必须考虑带间跃迁的频率范围内对等离子体结构进行高效的时域模拟。
2022-09-09 physics.comp-ph physics.optics
Engineering Nonreciprocal Responses in Travelling-Wave Spacetime Crystals via Clausius-Mossotti Homogenization
本文通过扩展Clausius-Mossotti公式均质化行波时空晶体，揭示了在长波长极限下工程非互易双各向异性耦合的可能性，并提出了具有洛伦兹助推不变性的广义闵可夫斯基晶体，其响应等同于移动光子晶体。
2024-07-17 physics.app-ph physics.optics
Spherical Plasmonic Heterodimers: Reversal of Optical Binding Force as the Effect of Symmetry Breaking
近场等离子体激元结合力的反转和对称性破缺的作用之间的刺激联系在文献中还没有详细研究。由于键合和反键合模式都存在于众所周知的球形等离子体异二聚体集合的可见光谱中，通常认为所有此类异二聚体都发生结合力逆转。但我们的工作提出了一个非常不同的建议。我们证明，对称性破缺的异二聚体配置：横向（轴上的异二聚体）和纵向（离轴异二聚体：端火和近端火配置）的反转近场结合力遵循完全不同的机制，即后一个相对取向和建设性偶极-四极共振，但前一个光偏振和诱导的电共振。有趣的是，纵向近场结合力的逆转可以很容易地通过改变光传播的方向或只是它们的相对取向来控制。虽然人们普遍认为，等离子体激元力主要来自表面力和Fano共振可以是一种有前途的方式来实现结合力逆转，我们的研究基于洛伦兹力动力学提出了显着相反的建议（两种情况下）的情况下的等离子体激元球形异源二聚体。这篇文章的观测结果对改进传感器、粒子聚类和聚集非常有用。
2017-09-30 physics.optics
Plasmonic Purcell factor and coupling efficiency to surface plasmons. Implications for addressing and controlling optical nanosources
Purcell因子$F_p$是腔量子电动力学（cQED）中的关键量，其量化偶极发射极和腔模式之间的耦合率。它的简单形式$F_p\propto Q/V$揭示了增强和控制光-物质相互作用的可能策略。实际上，由于i）基于cQED的高品质因数$Q$或ii）基于纳米光子学和等离子体激元学的低模态体积$V$，实现了有效的光-物质相互作用。在过去的十年中，已经做了很大的努力，以获得一个等离子体珀塞尔因子，以转置cQED概念的nanocale，在标度律的方法。在这项工作中，我们讨论了离域（SPP）和本地化（LSP）表面等离子体激元的等离子体珀塞尔因子，并简要总结了预期的应用纳米光子学。基于SPP共振形状（洛伦兹或法诺轮廓），我们导出了离域等离子体激元耦合率的封闭表达式。的品质因数因子和模式限制的SPP和LSP进行量化，展示了他们强烈的亚波长行为。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Drifting Electrons: Nonreciprocal Plasmonics and Thermal Photonics
光在大多数材料和结构中以相反的方向对称传播。这一事实--洛伦兹互易原理的一个结果--对整个电磁波谱的科学和技术有着巨大的影响。在这里，我们研究了一种新兴的方法来打破互易性，不依赖于磁光效应或时空调制，而是基于偏置的等离子体材料与直流电流。使用3D格林函数形式主义和微观考虑，我们阐明了表面等离子体激元（SPPs）的传播特性，支持这种类型的通用非互易平台，揭示了一些以前被忽视的，异常的，波传播效应。我们发现，SPP可以传播的形式可操纵的，慢光，单向光束与模式色散中的双光子点。我们还澄清了耗散（由于碰撞和朗道阻尼）对非互易效应的影响，并阐明了在漏波结构中的非互易点，带边缘的例外点和复杂的模态转换之间的连接。然后，我们将这些概念应用到热光子学的重要领域，并提供了第一个理论证明漂移诱导的非互易近场辐射热传递两个平面体之间。我们的研究结果可能会为开发非互易无磁器件提供新的机会，这些器件将等离子体激元和非互易光子学的优点结合起来，用于波导和能源应用。
2021-11-29 physics.optics
The role of focused laser plasmonics in shaping SERS spectra of molecules on nanostructured surfaces
Institute for Interdisciplinary Research in Bio-Nano-Sciences, Babes-Bolyai University（巴比什-博约伊大学跨学科生物纳米科学研究所）
研究揭示了激光焦点与固态纳米结构基底轴向位置对SERS光谱的影响，发现其遵循洛伦兹型轴向分布，且不同谱区强度比依赖焦点位置，FDTD模拟显示这是由等离子体近场响应导致的。
2026-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic modes at inclined edges of anisotropic 2D materials
本文考虑了二维各向异性材料边缘处相对于光轴任意倾斜的受限模。通过发展精确的Wiener-Hopf方法和近似的Fetter方法，我们研究了边缘模色散、场和电荷密度分布。二维层由一个或两个方向上的洛伦兹型电导率描述，这对于自然各向异性二维材料和共振双曲超颖表面是现实的。我们证明，由于各向异性，边缘模式只存在于波矢量超过非零阈值，如果边缘是倾斜的方向上的谐振电导率。对场和电荷密度空间分布的主要贡献由倏逝2D波提供，倏逝2D波被限制在2D层附近的空间中以及沿着其边缘附近的层。沿层的场限制的程度由边缘模式和自由传播的2D模式的连续体之间的波矢量或频率失配确定。我们的分析适用于各种类型的极化激元（等离子体激元，声子，激子极化激元等）。在足够大的波矢量下。由于在垂直于边缘的所有方向上的优越的场约束，这些模式对于现代等离子体激元学和传感器学看起来很有前途。
2021-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fano resonances in plasmonic core-shell particles and the Purcell effect
尽管历史悠久，但与光波长相当的颗粒的光散射仍然揭示了令人惊讶的光学现象，其中许多与Fano效应有关。最初在原子物理学的背景下描述，光散射中的法诺共振源于窄次辐射模和光谱宽辐射线之间的干涉。在这里，我们提出了一个概述的法诺共振在涂层的球形散射体的框架内的洛伦兹-米氏理论。简要介绍了光散射中的常规和非常规Fano共振的概念。这些共振分别与具有不同或相同多极矩的粒子中激发的电磁模式之间的干涉相关联。此外，我们调查的自发发射率的光发射器的存在下的等离子体纳米壳的修改。这种由于电磁环境而对衰减率的改变被称为珀塞尔效应。我们分析表明，珀塞尔因子相关的偶极子发射器定向正交或相切的球面可以表现出法诺或洛伦兹线的形状在近场，分别。
2018-08-21 physics.optics
Enhanced coherent light-matter interaction and room-temperature quantum yield of plasmonic resonances engineered by a chiral exceptional point
本研究提出将等离激元共振与手征奇异点光子腔集成以调控局域态密度，实现线宽收窄、光-物质相互作用增强及室温近单位量子产率，为量子态调控和高性能量子器件构建提供新平台。
2023-08-08 physics.optics quant-ph
Design of metallic nanoparticles gratings for filtering properties in the visible spectrum
利用金属纳米颗粒中的等离子体共振来产生有效的光学滤波功能。采用有限元法对金属纳米颗粒光栅进行建模。该方法的准确性是通过比较数值计算结果与测量上的二维光栅的金纳米柱与椭圆截面。然后进行参数分析，以设计有效的过滤器与偏振相关的属性连同在可见光范围内的高透明度。纳米颗粒光栅的行为也使用麦克斯韦-加内特均匀化理论建模，并通过与单个纳米颗粒的衍射进行比较进行分析。所提出的结构旨在包括在光学系统中，可以找到创新的应用。
2015-10-13 physics.optics
Elliptical dichroism: operating principle of planar chiral metamaterials
我们采用均匀化技术的基础上的洛伦兹电子理论表明，平面手性结构（PCS）可以描述一个有效的介电张量类似的双轴椭圆二向色性晶体。这样的晶体表现得像一个PCS，因为它表现出其特有的光学特性，即，共同旋转的椭圆偏振本征态和不对称的，方向相关的传输左/右手入射波偏振。
2009-06-16 physics.optics
Exceptionally high Verdet constant in gold nanodisc arrays
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；University of Münster（明斯特大学）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）；CSIR-National Physical Laboratory（印度科学工业研究理事会国家物理实验室）
金纳米盘阵列通过等离子体共振实现极高的Verdet常数，为磁光效应在光电子器件中的应用提供了新途径。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Material-Specific Mapping of Plasmonic Modal Dispersion via Discrete Momentum-Space Probes
Moulay Ismail University（穆莱·伊斯梅尔大学）；Laboratory of Optics, Information Processing, Mechanics, Energetics and Electronics, Department of Physics, Moulay Ismail University（光学、信息处理、力学、能源与电子实验室，物理系，穆莱·伊斯梅尔大学）；Institut d’Electronique, de Microélectonique et de Nanotechnologie, UMR CNRS 8520, Département de Physique, Université de Lille（电子、微电子和纳米技术研究所，CNRS联合研究单位8520，物理系，里尔大学）
研究挑战是精确测量表面等离激元极化激元色散，核心方法是利用亚波长孔径等离子体光栅透射光谱重建色散，通过非厄米本征模分解等实现，贡献是与多模型计算及实验数据集一致，与材料无关且评估了对壁粗糙度的敏感性。
2026-07-20 physics.app-ph physics.optics
Lateral recoil optical forces on nanoparticles near nonreciprocal surfaces
我们研究了施加在纳米粒子上的横向反冲力，这些纳米粒子位于等离子体平台附近，具有面内非互易响应。为此，我们首先开发了一个全面的理论框架的基础上的洛伦兹力结合非互易格林函数的瑞利近似，然后推导出近似的解析表达式来模拟横向反冲力，证明其明确依赖于系统的色散关系，并揭示了管理它们的机制。特别是，一个占主导地位的横向反冲力分量出现由于平台支持的非互易表面等离子体的动量不平衡。这个力可以比其他反冲力分量大几个数量级，只沿着或逆着外部偏置的方向起作用，并且与入射平面波的方向、偏振和波长准独立。使用漂移偏置的石墨烯超颖表面，一个平台，也提出了排序纳米粒子作为其大小的函数，探讨了横向反冲力。非互易等离子体系统可以使新的场所捕获，绑定和操纵纳米粒子，并减轻传统光镊的一些挑战。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harmonic generation and energy transport in dielectric and semiconductors at visible and UV wavelengths: the case of GaP
我们研究抑制吸收，透明度，能量和动量传输的谐波脉冲的非均匀分量在可见光和紫外线波长的半导体，专注于材料，如磷化镓。在这些光谱区域中，GaP的特征在于大吸收、金属行为或两者的组合。我们表明，相位锁定导致产生的非均匀信号传播通过大块金属介质而不被吸收，这是发生在中心对称材料通过磁洛伦兹力，和能量和动量的运输是非常奇特的，似乎异常。这些结果表明，在新的波长范围内，超快非线性光学和纳米等离子体激元学有新的机会。
2011-05-31 physics.optics
Fano resonance control in a photonic crystal structure and its application to ultrafast switching
法诺共振出现在量子力学和经典系统中，是两条路径之间干涉的结果：一条路径涉及离散共振，另一条路径涉及连续共振。与传统的共振，其特征在于由洛伦兹光谱响应，特征不对称和尖锐的光谱响应的Fano共振的建议，使光子开关和传感器具有优越的特性。虽然已经在等离子体和光子晶体结构中对法诺共振的出现进行了实验演示，但这些共振的控制在实验上具有挑战性，通常涉及近共振腔的耦合。在这里，我们实验证明了两个简单的结构，允许令人惊讶的强大的控制的法诺光谱。一种结构依赖于控制其中一条路径的振幅，另一种结构使用对称性破缺。短脉冲动态测量表明，除了大大增加开关对比度，传输动力学本身的强烈影响的性质的谐振。因此，由于迄今为止未被认识到的非线性Fano传递函数的整形效应，可以使用Fano谐振来减少由长载流子寿命所暗示的慢恢复尾部的影响。我们首次提出了一种Fano结构的系统应用，通过实验实现了10 Gbit/s的全光调制，在输入功率小于1 mW的情况下，误码率为10 $^{-7}$的量级，证明了Fano结构的优越性。这些结果代表了一个显着的改进相比，使用传统的洛伦兹共振。
2014-04-29 physics.optics
Active control of surface plasmon resonance in MoS2-Ag hybrid nanostructures
二硫化钼（MoS 2）单分子膜因其新颖的光学性质和高效的光-物质相互作用而备受关注。在入射激光激发下，MoS 2单分子膜的光学响应可以被激子束缚能较大的激子所有效地改变，从而有利于激子-等离子体相互作用的光可控性。受此启发，我们实验研究了MoS 2-Ag混合纳米结构中表面等离子体共振（SPR）的主动光控制。随着激光功率的增加，表面等离子体共振的白光光谱逐渐红移，这与裸银纳米结构的白光光谱明显不同。这种光谱可调谐性可以进一步通过近场耦合强度和光的偏振态来控制，并选择性地应用于等离子体暗模的控制。为了解释这种SPR可调谐性的物理机制，我们提出了一种分析型的Lorentz模型，用于描述光激发激子引起的MoS 2介电函数调制。我们的研究为基于二维材料的全光控纳米光子器件的开发开辟了新的可能性。
2016-02-14 physics.optics
Resonance-Enhanced Time Reflection at Photonic Temporal Interfaces
College of Physics and Optoelectronic Engineering, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学物理与光电工程学院）；Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University（阿尔托大学电子与纳米工程系）；TUM School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学计算、信息与技术学院）；Department of Physics and Mathematics, University of Eastern Finland（东芬兰大学物理与数学系）；Institute of Theoretical Solid State Physics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院理论固体物理研究所）；Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院集成量子科学与技术中心）
本文提出共振辅助机制，利用时间界面前分散介质中的极化能量与调制系统能量，在临界条件下实现比传统等离子体调制强数个数量级的时间反射，并通过等离激元结构共振在氧化镉中预测超三个数量级的增强，为强时间散射提供新途径。
2026-09-14 physics.optics
Transverse Magnetic ENZ Resonators: Robustness and Optimal Shape Design
本文研究含ENZ外壳的横向磁几何不变谐振腔，证明小损耗下谐振存在，并通过凸松弛与对偶分析形状对衰减率的影响，证明球形内含物的最优外壳为同心圆环。
2024-06-24 math.AP math.SP physics.optics
