Near-infrared photothermal response of plasmonic gold-coated nanoparticles in tissues
我们提出了一种新的方法来了解金-硅核-壳纳米粒子注射到鸡组织在近红外激光照射下的时间依赖性升温过程。金纳米壳强烈吸收近红外辐射，并有效地将吸收的能量转化为热量。实验结果与基于生物传热的数值计算结果吻合较好。我们的工作改进了最近一项研究的分析[Richardson等人，Nano Lett. 9，1139（2009）]通过包括培养基灌注对温度升高的影响。理论分析也可用于估计纳米粒子在实验样品中的分布，并为新系统的温度分布提供相对准确的预测。这种方法将提供一种新颖的和可靠的工具，加快光热研究和设计国家的最先进的光热设备。
2017-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A comparison of graphene, superconductors and metals as conductors for metamaterials and plasmonics
超材料和等离子体的最新进展已经承诺了许多令人兴奋的应用，特别是在太赫兹和光学频率。不幸的是，这些光子结构中使用的贵金属在高频下不是特别好的导体，导致显著的耗散损耗。在这里，我们解决的问题是什么是一个良好的导体的超材料和等离子体。对于谐振超材料，我们开发了一个数字的优点导体，允许一个简单的分类导电材料根据所产生的耗散损耗的超材料。我们的方法的应用预测，石墨烯和高Tc超导体是不可行的替代金属的超材料。我们还提供了一些过渡金属，碱金属和透明导电氧化物的概述。对于等离子体系统，我们预测，石墨烯和高Tc超导体不能优于金作为表面等离子体极化激元的平台，因为石墨烯具有较小的传播长度与波长比。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic nanocrystals with complex shapes for photocatalysis and growth: Contrasting anisotropic hot-electron generation with the photothermal effect
在等离子体激元学中，特别是在等离子体激元光化学中，热电子产生的效应是一个令人兴奋的现象，推动了新的基础和应用研究。然而，获得热电子状态的微观描述是一个具有挑战性的问题，限制了我们利用这些激发载流子设计高效纳米天线的能力。本文针对这一局限性，研究了控制等离子体表面局部光化学的物理动力学参数的空间分布。我们发现，在具有复杂形状的小等离子体纳米晶体中，高能电子和空穴的产生具有强烈的位置依赖性和各向异性，而整个表面的光温几乎是均匀的。我们的形式主义包括三种机制的激发载流子的产生：德鲁德过程，表面辅助产生的热电子在sp-带，和带间d-空穴的激发。我们的计算表明，热载流子产生源于这些机制反映了内部结构的热点在纳米晶体具有复杂的形状。高能载流子的注入和表面光温的增加是等离子体纳米结构表面上的光催化和光生长过程的驱动力。因此，开发一个一致的微观理论，这样的过程是必要的设计高效的纳米天线的光催化应用。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall
Analytic theory of optical nano-plasmonic metamaterials
纳米制造技术的最新进展允许制造光学超材料，将其独特和非凡的特性带到可见光区及更远的地方。然而，由于金属的特征光学行为，光学纳米等离子体超材料的分析描述是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个分析理论，允许建立微波超材料模型的光波长。这种方法是实现纳米尺度的等离子体金属丝网和三螺旋超材料，我们得到一个准确的预测其色散行为在光学和近红外波长。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall 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
Photo-to-heat conversion of broadband metamaterial absorbers based on TiN nanoparticles under laser and solar illumination
本文从理论上研究了TiN纳米粒子在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的随机混合超柔性材料的光热加热。由于TiN纳米颗粒的等离子体性质，入射光在宽带范围（300-3000 nm）内被完全吸收，从而在这些超材料内产生热量。在不同强度的808 nm近红外激光照射下，我们预测的温升作为时间的函数与最近的实验数据吻合得很好。对于给定的激光强度，温度升高随着TiN纳米颗粒的浓度而非单调地变化，因为随着添加等离子体纳米结构而增强的热导率和吸收的能量导致对加热过程的相反影响。当该模型扩展到太阳能加热，光热行为定性相似，但温度升高小于13 $K$。本文的研究结果对今后宽带理想吸收体光热转换的实验研究具有指导意义。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Highly tunable hybrid metamaterials employing split-ring resonators strongly coupled to graphene surface plasmons
超材料和等离子体是非常规操纵和利用光的强大工具。超材料可以被设计成具有天然材料所缺乏的有趣特性，例如负折射率。等离子体提供了将光限制在亚波长维度并增强光与物质相互作用的能力。最近，基于石墨烯的等离子体显示出新兴的技术潜力，因为与基于金属的等离子体相比，它具有大的可调谐性，更高的场约束和更低的损耗。在这里，我们介绍了混合结构，包括石墨烯等离子体谐振器有效地耦合到传统的开口环谐振器，从而展示了一种高度可调的超材料，其中两个谐振之间的相互作用达到强耦合制度。这种混合超材料被用作高速THz调制器，表现出超过60%的透射调制和超过40 MHz的工作速度。该器件概念还提供了一个平台，用于探索石墨烯等离子体结构中的腔增强光-物质相互作用和光学过程，用于包括传感，光电检测和非线性频率产生在内的应用。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic Response in the Near-field of Nanostructured Plasmonic Metamaterial
我们报告的反射光谱铯原子在附近的纳米结构的金属元表面。我们发现，在852 nm处的$6S_{1/2} - 6P_{3/2}$共振跃迁的超精细亚多普勒光谱的强烈影响的纳米结构的等离子体共振耦合。在等离子体超材料的近场中，原子线的色散和位置的微调可以对基于原子的计量、传感和片上原子器件的开发具有用途和意义。
2016-03-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Effects of Mid-infrared Graphene Plasmons on Photothermal Heating
我们从理论上研究了石墨烯基体系在中红外激光照射下的等离子体激元加热，其中石墨烯等离子体激元谐振器的周期性阵列放置在介电薄膜上。光学共振对结构参数和石墨烯层的数量敏感。在中红外激光辐照下，计算了稳态温度梯度。我们发现，石墨烯等离子体激元显着增强了系统中的电磁场的约束，并导致一个大的温度上升相比，没有石墨烯的情况下。讨论了系统中温度变化与光功率、光斑大小和介质层导热系数的关系。数值结果与实验结果相一致。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Modulational instability of a recent nonlinear plasmonic metamaterial: Finite-difference-time-domain simulations
通过进行时域模拟，我们发现[Physical Review Letters，106 105503（2012）]中提出的负到正折射率切换的建议可能是脆弱的。因此，我们最近的论文[arXiv：1111.1476v2]基于超材料的电路模型，对局域光学常数的均匀开关的否定意见可以在这个特定的和现实的情况下得到验证。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Drug Mobility by Photothermal Heating of Graphene Plasmons
我们提出了一种理论方法来定量确定光热驱动的增强红外激光照射下的石墨烯-吲哚美辛混合物的分子流动性。石墨烯等离子体吸收入射的电磁能量并将其消散为热量。吸收的能量取决于石墨烯等离子体的光学性质，这是敏感的结构参数，和浓度的等离子体纳米结构。利用理论模型，计算了不同浓度石墨烯等离子体激元作用下，药物本体的温度梯度。从这些，我们确定的结构分子松弛和扩散的吲哚美辛的温度依赖性，并找到如何加热过程显着提高药物的流动性。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Disordered ensembles of strongly coupled single-molecule plasmonic picocavities as nonlinear optical metamaterials
我们建议使用分子picocavity合奏宏观相干非线性光学器件，使纳米级强耦合。对于一个通用的picocavity模型，包括分子和光子的无序，我们推导出理论上的性能界限相干交叉相位调制信号使用弱经典场的不同频率。我们表明，强耦合的picocavity { \it vacua}与特定的振动边带中的分子发射光谱的结果在一个显着的变化的超材料的有效折射率相对于一个无分子的情况下，由于真空诱导的Autler-Townes效应。对于一个现实的分子无序模型，我们证明了交叉相位调制的光场弱至10千瓦/厘米$^2$是可行的，在室温下使用分子picocavities的稀系综，提供了有限的真空是不共振驱动的外部探测场}。我们的工作为利用强耦合进行光态制备和量子控制的等离子体超材料的发展铺平了道路。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Tetra-hyperbolic and tri-hyperbolic optical phases in anisotropic metamaterials without magnetoelectric coupling due to hybridization of plasmonic and magnetic Bloch high-k polaritons
在本文中，我们揭示了在没有磁电耦合的各向异性超材料中形成三-和四-双曲相的物理机制，并描述了由于等离子体和磁布洛赫高k极化激元的杂交而产生的双曲色散中的反交叉分裂现象。这大大加深了对高k极化激元和k空间中光学等频面拓扑结构的理解，并将在光学纳米分辨率成像和发射率和方向性控制中找到应用。为了实现这一点，我们开发了一系列新的技术的理论光学的双各向异性材料，包括二次折射率算子方法，适合于研究高k极化激元与有限折射率和显式表达式的特征矩阵在一般的双各向异性介质。本文介绍了各向异性均匀介质的电磁响应的空间分层方法，分析了其下伏的布洛赫波。我们相信，这里开发的形式主义可以为研究人员在各向异性和双各向异性介质的理论光学领域的未来有用。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling phonon emission with plasmonic metamaterials
它示出，等离子体超材料纳米结构可用于降低电子-声子散射率，通过提供一种替代的，快速的电子-等离子体散射通道。由于等离子体-声子和等离子体-光子散射过程相对缓慢，这提供了针对声子发射的热电子等离子体保护的机制。存储/保护的能量可以通过类似于拉比振荡、等离子体共振能量转移（PERT）或等离子体的形成的过程返回到单粒子通道。这种效应可以用来控制各种电子系统中的声子散射，例如太阳能电池或高Tc超导体。
2012-12-22 cond-mat.mes-hall
Enhanced Surface Photon Drag on Plasmonic Metamaterials: A Fizeau-Doppler Shift Study
在这项工作中，我们数值研究了移动等离子体超材料中表面模式的Fizeau-Doppler频移。在适当的表面等离子体共振条件下，在超材料中产生慢的群速度，我们的模拟表明相移比正常模式大4个数量级。此外，可以观察到明显的正光子阻力和负光子阻力。当银膜达到临界厚度时，相变的符号发生突变。这为紧凑型光学陀螺仪和加速度计等应用带来了新的机遇。
2009-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Ab initio theory of Fano resonances in plasmonic nanostructures and metamaterials
利用Feshbach理论发展了等离子体纳米结构和超材料中Fano共振的从头算理论。它揭示了系统中电磁模式和材料损耗所起的作用，并使任意几何形状的Fano共振工程成为可能。导出了非保守系统非对称共振的一般公式。讨论了电磁相互作用对谐振线形状的影响，结果表明，固有损耗决定了谐振对比度，而谐振对比度的宽度主要取决于非辐射模和连续谱之间的耦合强度。分析模型与数值模拟结果吻合较好。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall
Graphene Plasmonic Fractal Metamaterials for Broadband Photodetectors
超材料最近建立了一个新的范例，增强光吸收的国家的最先进的光电探测器。在这里，我们展示了宽带，高效，偏振不敏感，和门可调光电探测在室温下在一个新的元器件的基础上金/石墨烯谢尔宾斯基地毯等离子体分形。我们观察到了前所未有的内部量子效率高达100%，从近红外到可见光范围内的光学探测率的上限为$10^{11}$琼斯和增益高达$10^{6}$，这是一个指纹的多个热载流子在石墨烯中光生。此外，我们显示了100倍的增强光电探测由于高度集中（高达石墨烯的$|E/E_{0}|\approx20$的记录因子）的电磁场诱导的电可调多模等离子体激元，空间上的自相似的方式在超颖表面上本地化。我们的研究结果提供了直接洞察的物理过程，石墨烯等离子体分形超材料。所提出的结构代表了一个有前途的路线，实现宽带，紧凑，和主动平台，为未来的光电子器件，包括多波段生物/化学和光传感器。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmonic properties of individual bismuth nanoparticles
本文研究单个球形铋纳米颗粒（50-600 nm）的等离激元性质，证明其支持可从近红外调谐至紫外的局域表面等离激元共振，并因低成本、生物相容性和抗氧化性而适合大规模等离激元应用。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling of Plasmonic and Polaritonic Effects in Photocurrent Nanoscopy
本文提出一个建模框架，分析二维材料光电流纳米显微术中的光热、光伏和测辐射热贡献，揭示不同条件下主导机制的转变，并解释边缘条纹振荡及其与近场光学显微术的谱关系。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced transparency by coupling of Tamm and defect states in tunable terahertz plasmonic crystals
光子晶体和超材料已经成为两类可定制的材料，能够精确控制光。等离子体激元晶体可以被认为是由等离子体激元材料制造的光子晶体，其布拉格散射来自重复单元格的入射电磁波。然而，等离子体激元晶体，像超材料，是由亚波长单位单元。在这里，我们研究了二维电子气中几个周期的太赫兹等离子体晶体。这种等离子体介质是极端亚波长（$\approx λ/100$）的，并且通过向金属电极施加电压而可重构。观察到被称为Tamm态的弱局域晶体表面态。通过引入一个独立控制的等离子体缺陷，与Tamm状态相互作用，我们证明了频率捷变的电磁感应透明现象。所观察到的等离子体晶体带边缘的50% ${\it in-situ}$调谐应该在诸如石墨烯的材料中可实现，以主动控制等离子体晶体在红外中的分散。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Plasmonic instabilities and terahertz waves amplification in graphene metamaterials
等离子体激元振荡在传统的二维电子气系统中已经被深入研究了40多年，以便在远红外区域找到基于Smith-Purcell效应的真空器件的新替代品。然而，除了多方面的努力，到目前为止，在半导体异质结构中的等离子体激元产生已经非常低效。在这里，我们证明了高迁移率石墨烯超材料的使用，由于其众所周知的更强的光-等离子体耦合相比，半导体材料可以显着提高远红外等离子体放大器和发生器的效率。我们探索电流驱动的等离子体动力学，包括完美的透明度和单层石墨烯结构中的光放大。在宽频率范围内实验观察到石墨烯吸收的电流诱导的完全抑制，随后在室温下对入射的太赫兹辐射进行巨大放大（高达约9%的增益）。这些主动等离子体激元过程由石墨烯器件中相对低的偏置电压触发，导致外部量子效率比主要用于远红外技术的流行的光学到太赫兹转换器件的外部量子效率高约两个数量级。我们的研究结果与石墨烯中等离子体激元的相对低水平的损耗和高度的空间限制相结合，将为广泛的集成高速有源光电子器件开辟途径。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Atomic force microscopy reconstruction of complex-shaped chiral plasmonic nanostructures
光学超材料现象的重要部分具有等离子体性质，并且它们的研究需要非常准确地了解制造的结构形状，重点关注周期性特征。我们描述了一个一致的方法来重建等离子体纳米结构的形状。这包括垂直和倾斜尖峰AFM探针的制造，AFM成像和特定的后处理。我们研究了一个复杂形状的手性超材料，并得出结论，所描述的后处理例程扩展了现有的反卷积算法的可能性，在已知的旋转对称的周期性结构的情况下，通过提供有价值的信息周期性功能。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall physics.data-an
Ballistic Metamaterials
自由电子与电磁激发的相互作用是负责光的超强约束的基本机制，这反过来又使生物传感、近场显微镜、光学隐身、亚波长聚焦和超分辨率成像成为可能。这些独特的现象和功能主要依赖于由自由电子产生的光学元件的负介电常数。因此，纳米光子学和纳米光学的进展通常与在感兴趣的光频率下的新的负介电常数（等离子体）介质的开发有关。在这里，我们表明，在这种导电介质中的自由载流子的基本流动性显着改变了众所周知的自由电子气体的光学响应。我们表明，与自由电子的时间周期性运动的相互作用的亚波长尺度的纳米结构和时间周期性的电磁场的限制相关的弹道共振导致介质的电极化的强度的显着增强-的点，其中可以实现在复合材料中仅使用正的体介电常数组件的等离子体响应。这种弹道共振打开了等离子体，纳米光子学和超材料领域的许多新的组成材料，直到现在被认为是不适合这样的应用，并扩展了现有材料的工作频率范围，大大缩短了波长。作为一个概念的证明，我们实验证明，弹道共振在所有半导体超材料的结果在强烈的各向异性（双曲线）响应远高于超材料组件的等离子体频率。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analytical Model for Metamaterials with Quantum Ingredients
我们提出了一个分析模型来描述由相互作用的经典和量子共振结构组成的混合系统的复杂动力学。在我们的模型中的经典结构对应于不同几何形状的等离子体纳米谐振器，以及其他类型的纳米和微米结构的光学响应，可以描述而不调用量子力学处理。量子结构由原子或分子或其聚集体（例如量子点和碳纳米管）表示，只有使用量子方法才能精确建模。我们的模型是基于一组方程，结合完善的密度矩阵形式主义适合量子系统，再加上谐波振荡器方程的理想建模亚波长等离子体和光学谐振器。该模型还可以直接用于描述光子学领域之外的各种混合系统的电磁动力学，例如约瑟夫森结超材料或与RF条形谐振器耦合的SQUID元件。
2011-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photothermal behavior for two-dimensional nanoparticle ensembles: Multiple scattering and thermal accumulation effects
复杂纳米粒子网络中的光辅助微纳米温度控制是一个研究热点。人们对纳米粒子网络的光学性质进行了大量的研究，但对其光致热行为的研究报道较少。我们考虑二维（2D）正方形晶格纳米粒子系综由典型的金属银与半径为5 nm。利用Green \textquotesingle函数方法分析了在等离子体共振频率（383 nm附近），复杂的光耦合和热积累对光致热行为的影响.明确定量地给出了二维正方晶格纳米粒子系综光热行为的光耦合和热积累效应的区域边界。定义了一个无量纲参数$φ$作为全温升与不考虑光耦合或热累积的温升之比，以量化光耦合和热累积对光热行为的影响。纳米粒子系综越紧密，光耦合对热行为的影响越强。当晶格间距增加到几十纳米粒子半径时，光耦合变得不显著。当$φ\approx 1$（晶格间距增加到数百纳米颗粒半径）时，热累积效应很弱，可以安全地忽略。只有在致密的纳米粒子系综中才能观察到纳米粒子的温度增量的偏振依赖分布，而对于稀系综，这种偏振依赖的温度增量分布不再能观察到。这一工作有助于理解二维粒子系综中的光诱导热输运。
2022-06-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant Inverse Faraday Effect in Plasmonic Crystal Ring
圆极化的电磁波撞击导电环产生循环的DC等离子体电流，导致纳米环中的逆法拉第效应。我们发现，一个大的环周期性调制的宽度在纳米尺度上，更小或可比的等离子体平均自由程，支持等离子体能带。当圆偏振辐射撞击在这样的等离子体环上时，其在宏观尺度上产生共振DC等离子体电流，从而导致巨逆法拉第效应。由同心可变宽度环（等离子体圆盘）和堆叠的等离子体圆盘（等离子体圆盘）组成的超材料将所产生的恒定磁场放大几个数量级。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spectra Analysis to Stretching of ADB Structure Metamaterial
无源双杆（ADB）结构是目前研究最多的等离子体超材料之一。在这里，我们建议在弹性材料上制造ADB，以直接控制ADB元件的尺寸。为了对光谱进行数值分析，利用商业软件（COMSOL）进行了模拟。通过引入衬底拉伸的角度和幅度参数，成功地修正了近红外光谱的特征谱，提高了近红外峰的Q值。同时，通过对ADB结构采用倒装结构和衬底刻蚀结构，有效地抑制了吸收光谱的红移。当在x和y方向上拉伸时，得到了拉伸比与吸收峰波长之间的有趣的二次函数。对于其它方向，透射谱出现EIT线型。这些结果为等离子体超材料在激光控制和传感器领域的应用奠定了基础。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
