Emission and amplification of surface plasmons in resonant - tunneling van der Waals heterostructures
我们预测了石墨烯-绝缘体-石墨烯范德华异质结构中表面等离子体激元放大的一种新机制。放大发生在受激层间电子隧穿伴随着相干等离子体激元的发射。非局域高频隧穿电导率的量子力学计算表明，相对较小的隧穿指数可以通过强共振来补偿，这是由于相邻石墨烯层中具有共线动量的电子态之间的隧穿增强。通过对势垒层的优化选择，非弹性隧穿引起的表面等离子体激元增益可以补偿甚至超过Drude和带间吸收引起的损耗。表面等离子体激元的隧穿发射对石墨烯层的轻微扭曲是鲁棒的，并且可以解释在最近的实验中观察到的来自隧道耦合石墨烯层的电致发光。
2015-09-12 cond-mat.mes-hall
Hydrodynamic Inverse Faraday Effect in Two Dimensional Electron Liquid
我们表明，一个小的导电物体，如纳米球或纳米环，嵌入或放置在附近的二维电子液体（2DEL），并受到圆偏振电磁辐射诱导“扭曲”的等离子体激元振荡在相邻的2DEL。由于流体动力学非线性导致螺旋度敏感的圆形直流电流和磁矩的振荡整流。这种流体动力学逆法拉第效应（HIFE）可以在室温下在不同的材料中观察到。HIFE在形成共振等离子体激元耦合器的纳米球的周期性阵列中显著增强。这种暴露于圆偏振波的耦合器将整个2DEL转换为涡旋状态。因此，扭曲的等离子体激元模式支持共振等离子体激元增强的门可调谐光学磁化。由于等离子体和Drude贡献的干扰，共振具有非对称的Fano状形状。这些共振呈现不受接触和互连影响的2DEL性质的特征，并且因此提供关于2DEL性质的最准确的信息。特别地，共振的宽度编码关于2DEL的动量弛豫时间和粘度的直接信息。
2020-08-10 cond-mat.mes-hall
Strong interband Faraday rotation in 3D topological insulator Bi2Se3
法拉第效应是一种典型的磁光现象，它是由光与物质之间的角动量转移引起的，其中时间反演对称性被外部施加的磁场破坏。在这里，我们报告的法拉第旋转引起的突出的3D拓扑绝缘体Bi 2 Se 3由于体带间激发。这种非共振效应的起源，在其他非磁性材料中非常强，可以追溯到Bi2Se 3的特定Dirac型哈密顿量，这意味着这种材料中的电子和空穴非常类似于具有非零静止质量的相对论粒子。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall
Gentle Floquet control of orbital Hall effect and orbital inverse Faraday effect
Peking University（北京大学）；Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本文提出在强相空间约束系统中，共振Floquet驱动可增强对轨道霍尔效应和逆轨道法拉第效应的控制，降低所需驱动强度，并揭示带间量子度量在其中的关键作用。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Kerr amplification for microwave electromechanics
本文在未分辨边带区的微悬臂梁力传感器中，利用应变相关动态电感与超导非线性谐振电路耦合，通过单泵浦四波混频实现 21 dB 本征 Kerr 机电放大，并评估其噪声与力灵敏度收益。
2024-06-15 cond-mat.mes-hall
Spin inertia and polarization recovery in quantum dots: Role of pumping strength and resonant spin amplification
自旋惯性测量是研究半导体纳米结构中长时间自旋弛豫过程的一种新的实验工具。我们发展了量子点中电子和空穴自旋惯性效应的理论。我们考虑了自旋取向的短光脉冲与任意的脉冲面积和失谐的trion共振。在量子点的基态和激发态中考虑了与外部纵向磁场的相互作用和与核自旋浴的超精细相互作用。我们分析了自旋惯性信号如何依赖于磁场（极化恢复）和泵浦脉冲的螺旋度的调制频率以及它们的功率和失谐。特别是，我们阐述了如何接近饱和极限的自旋极化影响的测量。自旋惯性测量的定量描述将使自旋动力学参数的确定，如自旋弛豫时间在基态和激发态和超精细相互作用的参数。最后，我们预测的共振自旋放大的出现，由于横向分量的核自旋波动，这表现为作为纵向磁场的函数的自旋极化的振荡本身。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall
The Faraday effect in magnetoplasmonic nanostructures with spatial modulation of magnetization
研究了具有非均匀、周期性调制空间磁化强度分布的磁等离子体纳米结构中的磁光法拉第效应。结果表明，在这样的纳米结构的法拉第效应可以经历的等离子体激元和波导光学模式激发的光谱范围内的共振增强。这对于$s$和$p$ -偏振光都发生。这种效应可以用于磁性材料中短自旋波的光谱选择性检测。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Amplification and spectral evidence of squeezing in the response of a strongly driven nanoresonator to a probe field
由于其小的衰减率，纳米力学模式使研究强非线性现象的一个中等强度的共振驱动。在这里，我们研究了一个驱动谐振腔的响应，以一个额外的探测场。我们实验证明共振放大和共振吸收的探测场。相应的谱峰位于强驱动频率的相对侧。即使波动耗散定理不适用，我们表明，探测场的响应，使我们能够表征压缩的波动有关的受迫振荡的稳定状态。我们的双音实验是在经典体系中进行的，但我们的发现同样适用于量子涨落。在量子术语中，观察到的响应是由于多光子过程。从响应谱中提取的压缩参数与无自由参数时的计算值吻合得很好。
2021-01-08 cond-mat.mes-hall
Single-beam resonant spin amplification of electrons interacting with nuclei in a GaAs/(Al,Ga)As quantum well
在名义上未掺杂的GaAs/（Al，Ga）As量子阱中，研究了三重子共振激发下核自旋与驻留电子相互作用的动态极化.与常见的时间分辨泵浦-探测技术不同，我们使用了单光束方法，其中激发光在圆偏振态和线偏振态之间调制。检测从样品表面反射的激发激光的时间积分强度，其与光产生速率成比例并且由于驻留电子的泵浦而变化。另一方面，极化电子通过超精细相互作用将其自旋转移到晶格核。在外部磁场中用脉冲的训练激发样品导致当拉莫尔进动频率与激光脉冲重复率同步时观察到的共振自旋放大。核自旋极化的建立导致RSA峰的移动，因为所产生的核场改变了电子所经历的外部磁场的强度。已经确定核自旋极化时间$T_1$是温度依赖性的，并且由于电子局域化在较低温度下变得更短。观察到核场的“锁定”表现为核场增长受外场强度的限制，这与电子$g$ -因子的各向异性有关。平面内$g_{\parallel}$和平面外$g_{\bot}$分量之间的$g$因子比估计为$g_{\bot}/g_{\parallel}=1.3$。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
The effects of nonlinear damping on degenerate parametric amplification
本文研究了具有非线性刚度和非线性阻尼的单自由度系统在共振直接激励和共振参数激励下的动力响应，其中共振直接激励和共振参数激励之间具有一般相位。这概括和扩展了以前的研究非线性效应的参数放大，特别是通过包括非线性阻尼的影响，这是常见的各种系统，包括微米和纳米级谐振器。使用平均的方法，进行了彻底的参数研究，描述了两种形式的激励的振幅和相对相位的影响。首先推导了非线性阻尼对参数增益的影响。各种拓扑形式的频率响应曲线，其中可以包括isolae，双峰，和环路之间的过渡，确定和分叉分析的参数空间的利益进行。在一般情况下，这些结果提供了一个完整的系统响应的图片，并允许一个选择的利益，避免双稳态，同时提供最大幅度增益，最大相位灵敏度，或平坦的谐振峰，在系统中的非线性阻尼驱动条件。
2020-11-01 cond-mat.mes-hall
Resonant spin amplification meets electron spin resonance in $n$-GaAs
在磁场中，连续的激光脉冲周期性地激发电子自旋极化，产生共振自旋放大（RSA）。我们观察到在外加振荡磁场的影响下，$n$掺杂的GaAs体材料中RSA发生了剧烈的变化。我们发现一个双峰电子自旋共振，而不是一个单峰共振预期没有光泵。频率分裂随场振荡幅度线性增加，而自旋偏离随场振荡幅度二次方增加。此外，我们表明，振荡场可以显着抑制RSA和诱导新的条件共振。使用四元数来描述自旋旋转，我们开发了一个理论，同时考虑自旋进动，衰变和放大，并再现了整个实验数据集。使用射频场允许控制RSA的条件，并实现平均自旋极化的微调，而不修改光泵浦的参数。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Nonlinear Faraday effect and spin noise in rare-earth activated crystals
自旋噪声谱（SNS）方法意味着高效率的转换的自旋系统磁化的法拉第旋转角。一般来说，这种效率不能使用顺磁体的常规磁光活动的特性来估计。然而，它可能会大大增强系统的光学跃迁的强烈不均匀加宽。这种增强导致了巨大的自旋噪声增益效应，并且以前允许将SNS应用于稀土激活晶体。我们表明，非线性共振法拉第效应可以用来测量均匀的宽度的非均匀加宽的过渡，从而估计的SNS这种类型的顺磁体的适用性。我们提出的理论描述的影响，并进行测量的组态内（$4f$ - $4f$）过渡的三价稀土离子的钕和镱在萤石基晶体。该实验方法建立了非线性光学效应与顺磁杂质晶体自旋噪声特性之间的新联系，为杂质晶体物理学的研究提供了新的途径。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall
Anisotropic spin relaxation revealed by resonant spin amplification in (110) GaAs quantum wells
利用共振自旋放大（RSA）技术研究了GaAs/AlGaAs量子阱中[110]方向生长的高迁移率二维电子系统（2DES）的自旋退相.从RSA光谱的特征形状，我们能够提取的自旋退相时间（SDT）的电子自旋沿生长方向或样品平面内对齐，以及$g$因子。我们观察到一个强大的各向异性的自旋退相时间。当温度在4 K和50 K之间变化时，面内SDT几乎保持恒定，而面外SDT在约25 K的温度下显示出急剧增加，并达到约100 ns的值。在4 K的SDTs可以进一步增加额外的，弱以上的障碍照明。讨论了这一现象的起因，认为SDT的增强是由于电子气和远程施主之间载流子的重新分布。
2012-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-efficiency resonant amplification of weak magnetic fields for single spin magnetometry
我们从理论上证明，通过将铁磁粒子之间的氮空位（NV）磁强计和目标自旋，磁强计的灵敏度显着增加。具体而言，使用实验上已经可用的材料和技术，我们发现，通过利用铁磁共振，可以测量的最小磁矩与当前最先进的磁力计相比小四个数量级。因此，我们提出的设置是足够敏感的检测一个单一的核自旋在距离$30$ ~nm的表面在不到一秒的数据采集在室温下。我们的提议为在环境条件下对生物材料进行纳米级NMR打开了大门。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Decoherence-assisted initialization of a resident hole spin polarization in a two-dimensional hole gas
研究了p调制掺杂GaAs/Al $_{0.3}$ Ga $_{0.7}$ As单量子阱中空穴的自旋动力学.时间分辨的法拉第和克尔旋转，以及共振自旋放大，在我们的研究中使用。我们观察到，非共振或高功率光泵浦导致一个居民孔自旋极化与相反的符号相对于光学取向的载流子，而低功率共振光泵浦只会导致一个居民孔自旋极化，如果一个足够的面内磁场是适用的。两种不同的自旋取向过程之间的竞争强烈地改变了共振自旋放大迹线的形状。电子-空穴系统中的自旋动力学的计算与实验克尔旋转和共振自旋放大的痕迹是一致的，并使我们能够确定光取向后的样品内的空穴自旋极化，以及提取有关自旋退相过程在各个阶段的演变的定量信息。
2012-01-19 cond-mat.mes-hall
Extended pump-probe Faraday rotation spectroscopy of the submicrosecond electron spin dynamics in n-type GaAs
我们发展了一种扩展的抽运-探测法拉第旋转技术来研究宽范围磁场中亚微秒电子自旋动力学，具有皮秒时间分辨率。由此测量了$n$型体GaAs中的电子自旋退相时间$T_2^*$和纵向自旋弛豫时间$T_1$，它们在弱场中都接近于$250$ ns。通过增加抽运脉冲训练的个数来调整抽运脉冲序列，证明了电子自旋极化的共振自旋放大的建立。在Voigt几何中施加的高磁场中的自旋进动幅度显示出强烈偏离单指数衰减的非单调动力学，并揭示出缓慢的跳动。拍频表明两个自旋分量的行为，$g$ -因子差为$Δg \sim 4\times10^{-4}$，远小于自由电子和施主束缚电子预期的$Δg$。该$g$因子变化表明有效但不完全的自旋交换平均。
2017-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Radiofrequency driving of coherent electron spin dynamics in $n$-GaAs detected by Faraday rotation
本文提出了一种研究半导体自旋动力学的新的泵浦-探测方法，该方法是通过振荡射频（rf）磁场脉冲泵浦载流子自旋，并通过测量短激光脉冲的法拉第旋转进行探测。我们在$n$ -GaAs上演示了这种技术，并观察了在射频脉冲激发过程中和之后相干自旋进动的开始和衰减。我们表明，射频场共振地址的电子自旋与拉莫尔频率接近的射频场。这打开了机会，以确定均匀的自旋相干时间$T_2$，这是无法直接在标准的全光泵浦探测实验。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
The inverse Faraday effect at Mie resonances
本文理论与模拟研究Mie共振诱导的逆Faraday效应，发现其产生非均匀有效磁场和涡旋结构，可通过泵浦波长控制点状磁场源以选择性激发亚微米自旋波并生成磁性斯格明子，拓宽了纳米光磁性范围。
2024-04-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Helical resonant transport and purified amplification at an exceptional point
我们提出了一个宇称时间对称的非厄米特的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的应用，通过嵌入它在一个二维正方形格子管。在非厄米特SSH模型的例外点处的聚结状态是手性的，并且选择性地控制螺旋的传输和放大。观察到两个典型的螺旋度相关的散射动力学。如果入射波具有与嵌入的非厄米SSH模型相同的螺旋度，我们观察到没有反射的完美透射。然而，如果入射有一个相反的螺旋度与嵌入的非厄米特SSH模型，除了一个完整的传输，我们观察到一个放大的传输与不同的螺旋度的入射，但放大的反射具有相同的螺旋度与入射。这些有趣的特征在厄米特系统中是完全出乎意料的。此外，高效率的螺旋放大可以由任意激发触发。具有相反螺旋度的入射之间的不同动力学是单向隧穿的结果，这被揭示为能够在不引入磁场的情况下实现。我们的发现为全光器件的研究开辟了一个方向，并为非厄米传输提供了前景。
2019-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Stimulated resonant spin amplification reveals millisecond electron spin coherence time of rare-earth ions in solids
电子自旋系综的不均匀性以及作用于单个自旋的涨落环境大大缩短了自旋相干时间$T_2$，阻碍了相干自旋操纵。我们表明，这个问题可以解决的同时应用的射频（rf）领域，它刺激相干自旋旋进去耦从一个不均匀的环境，和周期性的光脉冲，放大这种进动。当rf场频率接近激光脉冲重复频率时发生的所得共振具有由自旋相干时间$T_2$确定的宽度，其不受非均匀性效应的影响。我们在低温下测量了YAG晶格中Ce $^{3+}$离子基态电子的50 Hz窄电子自旋共振和毫秒长的$T_2$，而非均匀自旋退相时间$T_2^*$仅为25 ns。这项研究为在非均匀环境中实现自旋系统的相干光学操纵铺平了道路。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Inverse Faraday Effect in Rashba two-dimensional electron systems: interplay of spin and orbital effects
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Ames National Laboratory, U.S. Department of Energy（美国能源 Ames 国家实验室）
研究揭示了在具有拉索布拉自旋轨道耦合的二维电子系统中，反法拉第效应中自旋与轨道效应的相互作用，通过量子动力学方程和格林函数图示学分析，发现轨道磁化在非相互作用拉索布拉金属中被显著修改，可能与自旋磁化相当或更大。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Off-resonant all-optical switching dynamics in a ferromagnetic model system
从理论上研究了非共振偏振光场对铁磁模型系统的影响。我们确定的光诱导动力学的巡回运营商在一个系统，其中包括在平均场水平的磁性和自旋轨道耦合。我们研究了铁磁体的全光开关过程，这与Qaiumzadeh等人[Phys.Rev.B88，064416]提出的逆法拉第效应接近。通过计算光驱动的相干动力学与非相干散射机制，我们超越了光场的功率微扰展开。我们发现一个重要的贡献的动态斯塔克效应耦合的拉曼类型之间的磁性带，这导致了极化依赖的磁化，可能支持或反对切换的影响，但也有助于通过增加电子能量退磁。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant and Time-Resolved Spin Noise Spectroscopy
我们展示了一种方法，以扩展范围的脉冲激光自旋噪声测量到长的自旋寿命。我们使用的模拟时域检测方案的带宽仅限于激光脉冲的持续时间。我们的模型使用统计和Bloch-Torrey方程来提取Lande g因子、法拉第截面$σ_F$和自旋寿命$τ_S$，同时考虑有限的探测器响应。当磁场大于激光重复周期时，用固定的探针-探针延迟改变磁场产生$τ_S$。用固定场改变探针-探针延迟产生关联函数的时域测量。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
