Terahertz active spatial filtering through optically tunable hyperbolic metamaterials
我们从理论上考虑红外驱动的双曲型超材料能够空间过滤太赫兹辐射。超材料是由交替的半导体和电介质层制成的平板，其在太赫兹频率下的均匀单轴响应显示出不同符号的主折射率。由超材料双曲色散提供的间隙允许板在通过改变红外辐射强度可调谐的带宽内停止空间频率。我们数值上证明了设备的功能，通过诉诸全波模拟耦合到半导体层中的红外辐射光激发的电荷载流子的动力学。
2012-05-30 physics.optics
Hyperbolic metamaterial interfaces: Hawking radiation from Rindler horizons and the "end of time"
双曲型超材料中的非寻常射线表现为三维（2+1）闵可夫斯基时空中的粒子世界线。我们分析电磁场的行为在这个有效的时空的边界取决于边界方向。如果边界垂直于超材料中的类空方向，则可以观察到产生霍金辐射的有效林德勒视界。另一方面，如果边界垂直于类时方向，则会产生一种不寻常的物理情况，可以称为“时间的终结”。看来，在无损近似电磁场发散的界面处，在这两种情况下。使用等离子体超材料对“时间终结”的实验观察证实了这一结论。
2011-07-20 gr-qc physics.optics
Combined complex Doppler and Cherenkov effect in left-handed metamaterials
我们推导出了二维色散超材料中的复多普勒频移公式，并证明了移动的单色辐射源会产生多个频率模式。强调了群速度的作用，多普勒频移辐射场具有切伦科夫效应的特征。所提出的理论也适用于移动的情况下，非振荡的电荷和解释了许多奇特的特性的切伦科夫辐射在左手的超材料，如向后的方向的功率发射，恒定的辐射角和缺乏速度阈值。
2015-03-25 physics.comp-ph physics.optics
The quantum description and stimulated emission radiation of coupled metamaterials
近年来，人们对等离子体超材料的量子特性的研究越来越感兴趣。利用哈密顿量和二次量子化相结合的方法，研究了耦合异向介质的基本激发，给出了耦合异向介质的量子描述。利用相互作用哈密顿量进一步研究了耦合超材料的激发与量子点材料中激子的相互作用。在这样的阻尼系统中，一组朗之万方程被用来处理系统的量子运动。并发现了受激发射，可用于形成纳米激光器。耦合超材料及其相互作用系统的量子描述可以作为研究耦合超材料中量子效应的基本方法。
2011-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Darker than black: radiation-absorbing metamaterial
我们发现，双曲型超材料的波纹表面散射光优先内的介质，导致在一个非常低的反射率和最终的黑暗外观的光谱范围内的双曲色散。这种现象的根本重要性，实验证明在氧化铝膜中生长的银纳米线阵列，起源于光子态密度的宽带奇异性。它为从隐形技术到高效太阳能电池和光电探测器的各种应用铺平了道路。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Designing thermal radiation metamaterials via hybrid adversarial autoencoder and Bayesian optimization
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；The University of Tokyo（东京大学）；China Building Materials Academy（中国建筑材料科学研究总院）
热辐射超材料的设计是一个具有挑战性的问题，特别是高自由度和复杂的目标。在这封信中，我们开发了一种混合材料信息学方法，该方法结合了对抗性自动编码器和贝叶斯优化来设计不同目标波长的窄带热发射器。只需几百个训练数据集，就可以在压缩的二维潜空间中快速计算出具有最佳性能的新结构。这使得优化设计的计算量远远小于总候选结构的0.001%，大大缩短了设计周期和成本。所提出的设计框架可以很容易地扩展到其他具有更高维度特征的热辐射超材料设计。
2022-04-26 cs.LG physics.comp-ph physics.optics
Multiple actions of time-resolved short-pulsed metamaterials
最近，它已被证明，时间的超材料的本构参数的脉冲调制的基础上（持续时间远小于一个特征电磁时标）可能会表现出一个非本地的响应，可以利用，以便执行基本的模拟计算上的冲击波包。这些短脉冲超材料可以被视为传统（空间）超表面的时间模拟。在这里，受级联超材料表面类比的启发，我们利用这一概念并进一步说明短脉冲超材料可以用作更复杂计算的基本砖块。为此，我们开发了一种简单的，近似的方法来系统地模拟时间分辨短脉冲超材料的多个动作。通过一些有代表性的例子，我们说明了这种方法的计算能力，在简单和组成的操作，并验证它对严格的数值解。我们的研究结果表明，时间维度可以提供新的自由度和设计方法在新兴领域的计算超材料，除了或作为替代传统的空间变化的平台。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Negative radiation pressure in metamaterials explained by light-driven atomic mass density rarefication waves
在负折射率超材料（NIMs）中，光的动量和辐射压力通常会与正常材料中观察到的方向相反。光在NIM中的负折射和逆多普勒效应已经被实验观测到，但同样令人惊讶的现象--光的负辐射压仍然缺乏实验验证。我们通过模拟精确的位置和时间相关的场物质动力学在NIMs的动量和辐射压力的光在NIMs可以是积极的或消极的，这取决于他们的亚波长结构。在呈现负辐射压的NIM中，光的负总动量是由电磁场的正动量和材料的负动量之和引起的。材料的负动量来自于光场力密度，它驱使原子向后运动，降低了光场处原子的局部密度。与早期的工作相反，在NIM中呈现负辐射压的光具有负的总动量和能量。为了在实验上发现负辐射压，必须仔细设计NIM结构，并记录场和物质动量分量的联合总压。
2022-04-26 physics.optics
Extremely High Q-factor metamaterials due to Anapole Excitation
我们证明了理想的Anapole超材料具有无穷大的Q因子。我们已经设计并制造了一种由平面超分子组成的超材料，该超材料在电偶极辐射几乎被环形偶极辐射抵消的意义上表现出anapole行为，从而在谐振频率处产生极高的Q因子。在mm范围内的系统尺寸和寄生磁四极辐射是限制Q因子大小的因素。尽管辐射损失非常低，但超分子处的局部场极高，其量级高于外部入射场。
2016-07-30 physics.class-ph physics.optics
Resonance amplification of left-handed transmission at optical frequencies by stimulated emission of radiation in active metamaterials
我们证明了通过引入有源介质层作为衬底，由周期性排列的双环组成的金属超材料的左手共振传输可以扩展到可见光谱。在这种有源系统中，金属内部在光频处的严重欧姆损耗由辐射的受激发射补偿。由于最近提出的激光spaser的共振放大机制，左手传输带可以恢复到610 nm波长，取决于有源层的增益系数。此外，双环单元的不同缩放级别的阈值增益进行了研究，以评估在不同的频率范围的左手传输恢复的增益要求。
2008-12-06 physics.comp-ph physics.optics
Enhancement of Unruh effect in high-intensity laser fields using hyperbolic metamaterials
高强度的激光场作用于自由电子被提出来产生足够大的加速度，使昂鲁辐射的检测。然而，目前可实现的电子加速度还不够大。在这里，我们证明了在高强度激光场的Unruh效应是强烈增强的双曲型超材料，使许多数量级的小加速度可以用来检测Unruh辐射。
2020-08-09 gr-qc physics.optics
Overcoming black body radiation limit in free space: metamaterial superemitter
在这里，我们证明，在一个特定的波长产生的热辐射的功率谱密度的有限尺寸的身体设置在自由空间在一个固定的温度下，可以在理论上任意高，如果可以实现双负超材料与任意小的损失和任意高的绝对值的介电常数和磁导率（在给定的频率）。这一结果驳斥了人们普遍认为普朗克定律本身对一个尺寸远大于波长的有限宏观物体发射的功率谱密度设定了一个严格的上限。在这里，我们提出了一个物理实现的超材料发射器的光谱发射率可以大于理想的黑体在相同的条件下。由于热发射和吸收过程之间的相互作用，这种冷却的超辐射体也充当了热辐射的最佳吸收器--“热黑洞“--其性能优于基尔霍夫-普朗克黑体，后者只能吸收直接入射到其表面的射线。这些结果可能为未来的热光伏系统和其他设备提供实现窄带超普朗克热辐射器和吸收器的可能性。
2015-09-23 physics.optics
Generalising the Yagi-Uda Antenna: Designing Disordered Metamaterials to Manipulate Antenna Radiation
受八木-宇田天线启发，提出基于耦合偶极子近似的框架，通过优化单个发射器与无序散射杆结构设计超材料，实现定制辐射方向图，并经实验验证，为大型散射系统提供建模与设计的高效方法。
2023-06-30 physics.app-ph physics.optics
High temperature metamaterial terahertz quantum detector
本文提出了一种基于三维超材料的高温太赫兹辐射量子探测器。超材料单元由与天线元件横向耦合的电感器-电容器（LC）谐振器组成。由半导体量子阱组成的吸收区包含在LC结构的强超亚波长电容器中。天线的高辐射损耗允许极大地提高入射THz辐射的收集效率，而LC谐振器的小有效体积允许以减小的电面积进行强烈的光-物质耦合。因此，我们的探测器在比迄今为止所展示的传统量子阱探测器高得多的温度下工作。
2020-12-21 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Superabsorbing metamaterial wormhole: Physical modeling and wave interaction effects
共轭阻抗匹配超吸收体是一种有效吸收截面大大超过其物理尺寸的超材料。这些物体能够接收辐射，但辐射不直接入射到它们的表面。在这里，我们开发的物理建模的方法，这样的结构和调查的相互作用的超吸收器通过电磁辐射。所研究的特殊超吸收结构是由负载传输线网格组成的虫洞。发展了电磁波在这种超材料结构中的传播和吸收理论。在工作频率下，与相同尺寸的黑体型吸收体相比，该结构表现出大大增强的吸收。通过数值模拟证明了特殊的波吸收效应，如捕获附近通过的电磁辐射光束。讨论了在优化吸收的同时最小化所涉及的超材料的复杂性的目标下的虫洞结构的可能的修改。共轭阻抗匹配的超吸收体可以作为电磁辐射的有效收集器、新型天线和传感器找到应用。
2018-09-03 cond-mat.str-el physics.class-ph physics.optics
Giant radiation heat transfer through the micron gaps
近场热传递在两个紧密间隔的辐射介质之间可以在数量级上超过通过单个黑体的界面的辐射。这种效应是由在两个透明边界之间形成光子隧道的指数衰减（倏逝）波引起的。然而，在中红外范围内，当两种介质之间的间隙小到几十纳米时，它成立。我们提出了一种新的辐射热传递模式，使微米厚的光子隧道成为可能。对于它，两种介质之间的空气间隙应该被修改，以便将倏逝波在其内部转换为传播波。这种修改可以使用超材料来实现，使得实际上不存在通过超材料的直接热传导，并且所传递的热的光伏转换不被超材料改变。
2011-03-02 physics.optics
Controlling electromagnetic scattering with wire metamaterial resonators
辐射的操纵是实现一系列电磁应用所必需的。由于天线和散射体的特性对周围环境非常敏感，因此宏观人工创建的材料是塑造其特性的良好候选者。特别是，超材料能够控制电磁状态的色散和密度，可用于从物体散射。因此，适当设计的电磁环境可以控制波的现象。在这里，散射偶极子的电磁特性，位于内部的线介质（超材料）的数值和实验分析。研究了超材料的几何形状、介质内偶极子的排列以及入射辐射频率对散射现象的影响。结果表明，偶极子的谐振与超材料的法布里-珀罗模式杂交，导致电磁特性的完全重塑。观察到受控散射抑制和超散射的制度。数值分析是在协议与实验，在GHz的频谱范围内进行。报告的方法，散射控制与超材料可以直接映射到光学和红外光谱范围内，采用麦克斯韦方程组的可扩展性。
2016-06-05 physics.optics
Entanglement creation with negative index metamaterials
我们提出了一个由两个场量子组成的最大纠缠态的产生方案。在我们的方案中，两个弱光场，这是最初准备在相干或偏振态，与复合介质附近的电介质和负折射率超材料之间的界面相互作用。这种相互作用导致大的克尔非线性，光的群速度的降低和光场的显著限制，同时避免入射辐射的振幅损失。所有这些考虑因素使我们的计划有效。
2012-05-21 physics.optics quant-ph
Homogenization procedure for a metamaterial and local violation of the second principle of thermodynamics
经典的晶体理论指出，要被认为是均匀的介质必须满足以下要求：a）基本单元的尺寸必须远小于入射波长; b）样品必须包含大量的基本单元，即它必须是宏观的波长。在这些条件下，可以引入宏观量来描述介质的光学响应。我们分析表明，对于一个对称的基本细胞，这些要求可以放宽，它是可以分配的介电常数和磁导率的复合结构，即使超材料不能被认为是均匀的上述要求下。然而，在某些情况下，有效介电常数和磁导率可能会在介质内部产生非物理的有效行为，尽管它们满足例如Kramers-Kronig对的要求，并且与结构外部的所有线性特性（即在所有频率下的反射，透射和吸收）一致。在某些情况下，即使介质不是磁活性的，介质也被分配磁响应。特别是，我们证明了均匀化过程可以导致局部违反热力学第二原理的介质。我们还表明，在非均匀的制度，它是不可能描述的非线性行为的结构使用有效参数的方法，尽管分配一个有效的线性折射率的可能性。
2008-08-07 physics.gen-ph physics.optics
A Random Access Reconfigurable Metamaterial and a Tunable Flat Lens
控制超材料结构中的单个超分子的谐振特性的能力将为动态地成形电磁辐射的波前提供最终的自由度，用于诸如可变像差校正平面透镜、动态全息图以及空间强度和相位调制器的应用。在这里，我们报告的第一个示范的超材料，其中每个单独的超分子的谐振特性可以连续控制，从而提供了一个最终的自由，在实现微波辐射的电磁波阵面的动态控制。我们称之为随机存取可重构超材料（RARM）。为了实现RARM，我们使用微流体技术以精确的方式创建了一系列充满液态金属的腔体。所开发的RARM用于提供可调谐平面透镜的第一个演示。
2014-06-11 physics.optics
Measurement of Near-field Thermal Radiation between Multilayered Metamaterials
本文实验测量SiC/SiO2/Ge声子多层一维超材料间的近场辐射换热，验证传输矩阵法并揭示EMT在ENZ等有界表面模式下的失效边界。
2023-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Frequency shifts of radiating particle moving in EIT metamaterial
目前，人们对在经典系统中实现电磁感应透明的超材料产生了极大的兴趣。研究了电磁诱导透明效应下超材料中粒子运动的频移。由于EIT引起的材料色散的急剧变化影响了介质中信号传播的条件，并且对多普勒效应具有显著影响，可能导致对该现象的光学控制。研究了多普勒频移对源频率、速度和辐射谱的依赖关系。结果发现，对于源频率拟合透明窗口的特定范围的源速度截止出现，即辐射不发射。我们的理论研究结果证明了分析和确认的数值模拟的基础上，时域有限差分法。
2015-11-29 physics.comp-ph physics.optics
Miniaturized Circular-Waveguide Probe Antennas Using Metamaterial Liners
这项工作提出了开放式圆形波导探头天线的辐射性能，已被小型化的引入薄超材料衬垫。衬层引入远低于自然截止频率的HE $_{11}$模式，这提供了与类似尺寸的波导探头相比的实质性增益改进。一种新的馈电装置，采用屏蔽环源嵌入在小型化波导的开发，以有效地激发HE $_{11}$模式，并避免在频率降低的频带内的其他模式的激发，同时保持天线的紧凑性。超材料内衬圆形波导探头天线的工作频率低于其自然截止频率的42%以上，设计提供高达28.8%的辐射效率。提出了一种简单的，印刷电路实现的超材料衬垫的电感加载线的基础上，其色散特性进行了讨论。
2014-11-18 physics.optics
Sub-cycle control of terahertz waveform polarization using all-optically induced transient metamaterials
频率范围从0.3到30 THz的相干辐射最近已经可以通过飞秒激光技术获得。太赫兹（THz）波已经在光谱学和成像中找到了许多应用，并且可以使用静态光学元件（如透镜，偏振器和滤波器）来操纵它们。然而，也需要THz辐射的超快调制，例如在短距离无线通信中或用于制备成形的THz瞬变以用于许多材料激发的相干控制。在这里，我们展示了一种全光学创建的瞬态超材料，允许子周期精度操纵太赫兹波形的偏振。偏振调制脉冲在控制晶格振动、分子旋转和自旋进动等基本运动方面具有潜在的应用价值。
2013-06-29 physics.optics
Incandescent temporal metamaterials
本文基于宏观量子电动力学建立时间调制介质热辐射的量子理论，揭示跨频跨位电流关联、超黑体辐射及真空放大，并提出可全波矢窄带发射的ENZ白炽时间超材料。
2022-10-11 physics.optics quant-ph
Designing Metasurfaces to Manipulate Antenna Radiation
从传感到光学计算，设计师在纳米尺度上对光的操纵是几项下一代技术的关键。操纵光的一种方法是设计一种在亚波长尺度上结构化的材料，一种超材料，以具有一些期望的散射效果。超材料通常具有非常大量的几何参数，可以调整，使设计过程变得困难。现有的设计范式要么忽视自由度，要么依赖于数值昂贵的全波模拟。在这项工作中，我们推导出一个简单的半解析方法设计的超材料，从亚波长元件与电和磁偶极子共振。这与几个实验上可达到的制度有关。为了证明我们的方法的多功能性，我们将其应用到三个问题：附近的发射器之间的耦合的操作，将平面波聚焦到一个点，并设计一个具有特定辐射模式的介质天线。
2022-06-09 physics.optics
Reflection from the periodically modulated interface of a hyperbolic metamaterial
对入射辐射在周期调制双曲型超材料边界上的散射特性进行了数值研究。我们已经找到了最佳的锯齿形轮廓的接口，它提供了最小的反射。结果表明，在一定的取向的超材料的光轴，一个亚波本地化的领域发生在锯齿界面。给出了本征模的近似解析表达式，并应用格林第二恒等式将数值方法推广到计算场。
2019-01-09 physics.optics
Giant Photoresponsivity of Mid-Infrared Hyperbolic Metamaterials in the Quantum Regime
我们探索基于纳米图案化双曲超材料（HMM）的宽带，广角中红外整流，由亚纳米隧道势垒分隔的两种不同的金属组成。由这种周期性沟槽阻碍支持的奇异慢光模式有效地将入射辐射捕获在大规模平行的金属-绝缘体-金属隧道结中，从而支持由光子辅助隧穿引起的超快光学整流。这导致高效的光子到电子转换，比传统的整流天线大几个数量级。我们的研究结果有望对红外能量采集器和等离子体光电探测器产生影响。
2015-09-23 physics.optics
Thermally Induced Nonlinear Optical Absorption in Metamaterial Perfect Absorbers
采用激光干涉光刻和剥离工艺制备了一种由Al/ZnS/Al三层金属-介质-金属系统和顶部的铝纳米片组成的超材料理想吸收体。超材料吸收体在1090 nm处具有峰值共振吸收，并且对1064 nm波长处的600 ps激光脉冲表现出非线性吸收。反射率的非线性饱和被测量为依赖于入射的平均激光功率而不是峰值激光强度。的非线性行为所示，由于铝的介电性能的吸收辐射和光热变化的加热。超材料吸收体被认为在25 MW/cm 2的大激光强度下具有抗损伤性。
2015-01-02 physics.optics
Stationary Charge Radiation in Anisotropic Photonic Time Crystals
时间超材料在波操纵方面表现出巨大的潜力，近年来引起了人们的广泛关注。在这里，我们探讨了奇异的波动动力学的各向异性光子时间晶体（APTC），形成的各向异性介质，其光学性质是均匀的，周期性地随时间变化。基于时间转移矩阵的形式主义，我们表明，一个固定的电荷嵌入在APTC可以发射辐射，在各向同性光子时间晶体的情况下，其在动量空间的分布是由APTC的能带结构控制。我们的方法扩展了时间超材料的功能，为同时产生和控制辐射提供了新的机会，对经典和量子应用都有影响。
2023-02-01 physics.app-ph physics.optics
Switching a plasma-like metamaterial via embedded resonant atoms exhibiting electromagnetically induced transparency
我们从理论上证明了当入射辐射的电场平行于纳米棒时，由对齐的金属纳米棒组成的超材料的等离子体样有效响应的控制。通过将这种超材料嵌入相干原子/分子介质中，例如浸没在钠蒸气中的银纳米棒阵列，我们可以使超材料在其等离子体频率以下的禁频区域透射。这种现象通过在背景介质中具有洛伦兹吸收体或其他相干过程（如受激拉曼吸收）来实现，其在谐振附近提供大的正介电常数，从而使有效介电常数为正。特别是，电磁感应透明等过程可以提供额外的控制来切换和调谐新的传输频带。
2009-08-22 physics.optics
Giant Compton Shifts in Hyperbolic Metamaterial
研究了双曲介质中自由电子对光的康普顿光的散射。我们证明了这种介质中电磁模式的非常规色散和局域态密度可以导致巨大的康普顿位移和散射截面的显著增强。我们开发了一种通用的方法来研究纳米结构介质中的耦合多光子过程，并推导出实际超材料结构的散射辐射的光谱强度函数。我们预测的康普顿位移的顺序为几毫电子伏的红外光谱是至少一个数量级大于康普顿位移在任何其他系统。
2014-10-17 physics.optics
Metameterial refraction characteristics within the millimeter-wave range
在毫米波范围内，实验研究了超材料目标中辐射折射的相位延迟、光谱、方向和角度依赖性。它已被证明的角度和光谱依赖性有一个复杂的结构，这表现出典型的正负折射率的属性。此时，在与超材料结构元件的尺寸相当的辐射波长间隔中发生折射性质的变化。
2013-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Pulse Dynamics in Active Metamaterials with Positive and Negative Refractive Index
我们数值研究了双色光脉冲通过掺杂有活性原子的超材料的传播，使得脉冲的载波频率与$Λ$配置中的两个原子跃迁共振，并且一种颜色在正折射区传播，另一种在负折射区传播。在这种超材料中，一种共振颜色的光以正群速度传播，另一种以负群速度传播。我们研究这些向前和向后传播的波的非线性相互作用，并发现自陷波，反向传播的辐射波，和热点的介质激发。
2013-02-01 nlin.PS physics.optics
Magnetic plasmonic Metamaterials in actively pumped Host Medium and Plasmonic Nanolaser
我们认为等离子体纳米天线沉浸在活跃的主机介质。特定形状的金属纳米天线由于磁等离子体共振（MPR）的激发而在光谱范围内表现出强磁性。一种情况下，当超材料包括这样的纳米天线可以证明“左手”和负磁导率在光学范围内被认为是。我们表明，高损耗预测的光学“左手”材料可以补偿增益介质。在这种磁活性超材料中实现本地生成所需的增益计算真实的金属。我们提出了等离子体纳米激光器，其中金属纳米天线像谐振器一样工作。所提出的等离子体激元激光器的尺寸比波长小得多。因此，它可以作为一个非常紧凑的电磁辐射源。
2006-11-14 physics.atom-ph physics.optics
Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium
表面等离子体激元（SPPs）激光需要粒子数反转，效率低，光谱特性差。我们开发了一种无反转的量子等离子体波导的概念，利用单向超辐射SPP发射的辐射产生强烈的相干表面等离子体光束。我们的方案包括一个共振驱动的冷原子介质在无损介质位于超低损耗负折射率超材料~（NIMM）层。我们提出在原子介质和NIMM层界面内产生等离子体场的单向超辐射，并通过引入超辐射SPP波和耦合激光场之间的相位匹配来实现放大的SPP。我们还建立了弱调制等离子体激元场和原子系综的集体振荡之间的参数共振，从而抑制稳定放大的定向极化激元模式的退相干。我们的方法结合了原子介质的量子增益，得到了超辐射SPP波相干放大的充分条件，并将此方法应用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导配置作为一个表面等离子体激元激光器和量子等离子体激元晶体管，并打开了前景，设计可控的纳米尺度激光器的量子和纳米光子应用。
2020-10-15 physics.optics
Terahertz magnetic field enhancement in an asymmetric spiral metamaterial
我们使用有限元模拟在频域和时域研究的太赫兹谐振特性的超材料（MM）包括一个螺旋连接到一个直臂。MM作为一个RLC电路，其谐振频率可以精确地调谐通过改变螺旋的特征几何参数：内，外半径，宽度和匝数。我们提供了一个简单的分析模型，使用这些几何参数作为输入，给出准确的估计的谐振频率。有限元模拟表明，由于直臂，线性偏振太赫兹辐射有效地耦合到MM，在螺旋中感应电流，这又在螺旋中心感应共振磁场增强。我们观察到一个大的（约20倍）和均匀的（在一个区域的$\sim 10~μm^{2}$）增强的磁场的窄带太赫兹辐射与频率匹配的谐振频率的MM。当一个宽带，单周期的太赫兹脉冲传播向超材料，所产生的带通波形的峰值磁场仍然保持6倍的增强相比，峰值撞击场。使用现有的基于激光的太赫兹源，我们的超材料设计允许在几皮秒的时间尺度上产生2 T量级的磁场，从而能够在桌面实验中研究非线性超快自旋动力学。此外，我们的MM可以实现产生强烈的近场窄带，多周期的电磁场，研究凝聚态物质中的通用超快共振太赫兹动力学。
2018-06-26 physics.optics
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
2009-05-03 physics.optics
Metamaterial near-field sensor for deep-subwavelength thickness measurements and sensitive refractometry in the terahertz frequency range
我们提出了一种基于超材料的太赫兹（THz）传感器，用于亚波长薄材料的厚度测量和液体和液体混合物的折射率测量。该传感器工作在反射几何形状，并利用在介电材料的存在下，一个尖锐的Fano谐振最小的频移。我们获得了12.5 nm的最小厚度分辨率（1/16000倍的太赫兹辐射的波长）和0.43太赫兹每折射率单位的折射率灵敏度。我们支持实验结果的分析模型，该模型描述了样品材料的厚度和折射率的共振频率的依赖关系。
2012-03-20 physics.optics
Analysis and design of transition radiation in layered uniaxial crystals using Tandem neural networks
随着纳米光子学的蓬勃发展，通过对高速粒子周围的光子晶体（PC）等超材料的性质进行微调，可以设计出性能优越的Cherenkov辐射模式用于粒子探测。然而，辐射方向图可以是敏感的PC的几何形状和材料特性，如周期性，单位厚度，和介电分数，直接分析和逆向设计困难。在这篇文章中，我们提出了一种系统的方法来分析和设计基于PC的过渡辐射，这是由深度学习神经网络辅助。通过匹配界面处的边界条件，多层结构的类切伦科夫辐射可以使用级联散射矩阵方法解析地解决，尽管光轴不与快速电子轨迹对齐。一旦经过良好训练，前向深度学习神经网络可以用于预测辐射模式，而无需进一步的直接电磁模拟;此外，已经提出了串联神经网络来逆向设计所需切伦科夫辐射模式的几何形状和/或材料特性。我们的建议展示了一个很有前途的策略，用于处理基于分层介质的切伦科夫辐射探测器，它可以扩展到其他新兴的超材料，如光子时间晶体。
2022-11-28 physics.optics
Nonlinear terahertz metamaterials via field-enhanced carrier dynamics in GaAs
我们展示了GaAs上的非线性超材料开口环谐振器（SRR）在太赫兹频率。对于掺杂GaAs薄膜上的SRR，峰值场为~20 - 160 kV/cm的入射太赫兹辐射驱动谷间散射。由于掺杂薄膜中的导电性降低，这降低了载流子迁移率并增强了SRR LC响应。在~160 kV/cm以上，SRR间隙内的电场增强导致有效的碰撞电离，从而增加载流子密度和电导率，这又抑制了SRR共振。我们证明了半绝缘GaAs衬底上的SRR间隙中的载流子密度增加了10个数量级。此外，我们表明，有效介电常数可以从负值到正值扫描，增加太赫兹场强度的影响电离制度，使非线性超材料的新的可能性。
2012-08-07 physics.optics
Optical forces in nanowire pairs and metamaterials
我们研究了当孤立的金纳米线对和在单胞中具有金纳米线对的超材料被激光照射时所产生的光学力。首先，我们表明，孤立的纳米线对受到更强的光学力比纳米球，由于其更强的电和磁偶极共振。我们还研究了光学力的性质作为纳米线的长度和纳米线之间的距离的函数。其次，我们研究了由纳米线对周期性排列组成的超材料中的光动力。我们表明，纳米线的长度的单位细胞的大小的比率决定是否电偶极共振导致的吸引力或排斥力，我们提出了这种效果的基本物理机制。
2010-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Slow Light Effect by Photonic Angular Momentum States
我们证明了超材料中的光子角动量态（AMS）可以用来实现慢光。光子AMS具有螺旋相位，光子的轨道角动量自由度。与传统的超材料慢光方案不同，由于螺旋相位的存在，光子自激系统对所有极化的自由空间辐射都是偶极禁戒的。通过对一种超材料设计的数值模拟，证明了该方案的可行性，即暗光子AMS的间接激发在高透射窗口中燃烧了一些透射凹陷。该慢光方案结合了暗光子自适应调制系统的独特优点，可以实现大于$\sim500$的高群折射率$n_g$。
2012-12-20 physics.optics quant-ph
Electric Levitation Using Epsilon-Near-Zero Metamaterials
具有超距作用的物体悬浮一直是人类感兴趣的问题。有几种方法可以实现这一点，例如空气动力学，声学或电磁方法，包括辐射压力，稳定势阱和量子卡西米尔力。一种令人着迷的悬浮方法是基于迈斯纳效应的超导体上的磁体-超导体驱逐磁场。随着超材料的出现--设计的结构具有自然界中可能找不到的电磁特性--我们问是否可以设想一种材料表现出类似的场驱逐，但涉及电场。我们展示了一种特殊的亚类超材料，称为ε-近零材料，如何表现出类似于迈斯纳效应的经典电学特性，对附近的源施加排斥力。已经研究了使用各向异性和手性超材料的排斥力，但我们的建议使用基于场驱逐的不同机制，并且对损耗和材料色散都非常鲁棒。
2013-03-05 physics.class-ph physics.optics
Controlling Cherenkov threshold with nonlocality
由于双曲型异向介质中的光子态密度极大，在经典局域框架下，切伦科夫辐射一般被认为是无阈值的。虽然非局域性和量子效应的最新进展扩展了我们对金属纳米结构中光-物质相互作用的理解，但非局域性对无阈值切伦科夫辐射的影响仍然难以捉摸。在这里，我们从理论上证明，非局域性提供了一个不可或缺的方式灵活的工程切伦科夫阈值在金属介电层结构。特别地，非局域性导致下限速度截止，其值与电子费米速度相当。令人惊讶的是，如果超材料在ε接近零的频率附近工作，这个下限阈值可以明显小于经典预测的阈值。控制切伦科夫阈值的能力为切伦科夫辐射的实际应用开辟了许多前景，特别是对于集成的自由电子辐射源。
2020-02-11 physics.app-ph physics.optics
Silicon-based Infrared Metamaterials with Ultra-Sharp Fano Resonances
超材料和超表面代表了光操纵、生物和化学传感、非线性光学甚至spaser激光的一个非常通用的平台。这些应用中的许多依赖于超材料的共振性质，这是近场中光能的极端光谱选择性集中的基础。自由空间光耦合到具有高谐振品质因数Q>>1的尖锐谐振元表面中的简单性是相对于极其角度敏感的衍射结构或固有不均匀的高Q光子结构（诸如环形或光子晶体微腔）的显著的实际优点。这种光谱选择性目前对于绝大多数由金属制成并遭受高等离子体损耗的超材料是不可能的。在这里，我们提出并证明了Fano共振全半导体光学元表面支持光学共振与品质因数Q>100，几乎是一个数量级比他们的等离子体对应物支持尖锐。这些硅基结构被证明是平面手性的，为高效的超薄圆偏振器和圆偏振辐射的窄带热发射器打开了激发的可能性。
2013-09-25 physics.optics
Quasi-Superradiant Soliton State of Matter in Quantum Metamaterials
量子发射体系统的强相互作用（例如，二能级原子）与电磁场的作用在系统中引起特定的关联，伴随着发射辐射（超辐射或超荧光）的急剧增加。尽管事实上，因为它的预测这种现象受到了有力的实验和理论研究，仍然存在悬而未决的问题，特别是，关于一个一级相变的可能性，从真空状态的超辐射状态。在自然和基于电荷的人工原子系统中，这种转变被“不通过”定理所禁止。在这里，我们用数值方法证明了一维量子超材料中的类似转变-一个人造原子（量子比特）链与传输线中的经典电磁场强烈相互作用。该系统从零经典电磁场、所有量子位处于基态的真空态切换到一个或多个磁孤子、量子位激发态沿传输线的有限平均占据的准超辐射（QS）相。在QS相的量子超材料绕过“不去”的限制，通过显着降低其总能量相对于真空状态，激发非线性电磁孤子与许多非线性耦合的电磁模式在外部磁场的存在下。
2016-05-16 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Cooperative field localization and excitation eigenmodes in disordered metamaterials
我们的近场响应的无序阵列包括非对称开口环谐振器，表现出很强的合作响应的数值和实验研究。我们的模拟处理的单位细胞分裂环谐振器作为离散的点状振荡器与相关的电和磁点偶极辐射，而强的合作辐射耦合之间的不同分裂环是完全包括在所有订单。该方法允许计算局部场和Purcell因子增强所产生的集体电和磁激励。我们发现实质上增加了标准偏差的Purcell增强与无序，使其越来越有可能找到集体激发本征模具有非常高的Purcell因子，也更强的磁比电的激发。我们发现，即使在存在强耗散损失的情况下，无序也可以显着修改超材料的合作响应，这是等离子体系统的情况。我们的集体本征模的分析铺平了道路，电磁设备功能的控制工程的基础上强相互作用的超材料阵列。
2019-02-01 physics.optics
Hollow-core infrared fiber incorporating metal-wire metamaterial
红外（IR）光被认为是重要的短距离无线通信，热传感，光谱学，材料加工，医疗手术，天文学等，然而，IR光是在一般情况下更难传输比光学光或微波辐射。现有的空芯红外波导通常在波导内壁上使用一层金属涂层。这样的金属层虽然是反射性的，但由于其有限的欧姆损耗，仍然显著地吸收引导光，特别是对于横磁（TM）光。在本文中，我们表明，金属线为基础的超材料可以作为一个有效的TM反射器，减少两个数量级的TM模式的传播损耗。通过进一步施加常规的金属包层，其专门反射横向电（TE）光，我们可以潜在地获得低损耗空芯光纤。仿真证实，几个低阶模式的损失值是迄今为止报道的最好的结果。
2009-07-13 physics.optics
Enhancing the Directional Violation of Kirchhoff's Law of Thermal Radiation with a Nonreciprocal Wire Medium
本研究建立均匀化模型分析嵌入电旋性材料的金属纳米线阵列超材料，发现其可增强旋性基底非互易响应，在宽频段和入射角范围内拉大发射率与吸收率差值，实现热辐射基尔霍夫定律的定向违背，可应用于热管理等领域。
2023-10-07 physics.app-ph physics.optics
Dog Bone Triplet Metamaterial Wave Plate
超材料是人工制造的以周期性阵列排列的亚波长结构。它们可以被设计成以许多不同和有趣的方式与电磁辐射相互作用，例如允许辐射经历负折射率（NRI）。我们已经使用这种技术来设计和建立一个准光学半波片（HWP），表现出大的双折射凭借具有正折射率在一个轴和NRI在其他。由于固有地依赖于需要谐振来创建NRI区域，这种NRI-HWP的先前实现是窄带（$\sim$ 1-3%）。我们制造了一个W波段的原型的一种新的HWP，使用Pancharatnam方法来扩展带宽（高达两倍以上）的一个通常的NRI-HWP。我们的模拟和实验获得的结果，尽管他们的差异表明，扩大一个平坦的区域的相位差是可能的，即使与初始陡峭的梯度为一个单一的板。
2014-01-16 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Trapping Light in Plain Sight: Embedded Photonic Eigenstates in Zero-Index Metamaterials
限制电磁能对于增强光-物质相互作用至关重要，对科学和技术具有重要意义。在这里，我们讨论了在开放结构中捕获和限制光的机会，基于零折射率超材料实现的辐射连续体内嵌入本征态的概念。基于我们的分析所提供的物理见解，我们提出了一个通用平台，可以在外部照明下在开放结构中实现极高的场增强。支持嵌入本征态的结构是物理系统中可以驯服极端（原则上是无界的）响应的一个罕见例子。我们提出的设计配方，以实现连续的束缚态也提供了一个简单的模型，允许测试的重要问题，围绕嵌入本征态的概念，如它们对光子态的局部密度的影响。我们的研究结果有助于澄清哪些纳米光学和无线电波应用可能受益于这种不寻常和奇异的反应。
2018-02-05 physics.optics
Controlling Metamaterial Resonances with Light
我们研究使用的相干光场作为一种手段，动态控制的谐振行为的各种复合材料，其中的超材料结构嵌入在一个分散的介电介质。控制和切换是通过应用光辐射相干驱动嵌入介质的谐振介电常数来实现的。将开口环谐振器（SRR）嵌入具有类洛伦兹色散或具有由电磁感应透明（EIT）设计的色散的频率色散介质中的效果表现在负磁导率带的分裂、修改的（频率相关的）填充分数和耗散因子。修改后的材料参数强烈链接到介质的谐振频率，而对于表现出EIT的嵌入介质，也到控制场的强度和失谐。控制的鲁棒性对与金属结构以及由于结构缺陷的非均匀加宽耗散的有害影响被证明。等离子体超材料的研究，包括金属纳米棒排列成环，并表现出集体磁响应在光频率。这类等离子体纳米棒超材料中的控制和切换被证明是可能的，例如，通过将这些阵列嵌入像CS $_2$的拉曼活性液体中并利用逆拉曼效应。
2010-03-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
"Exclusive-OR" operation with Fano resonant MEMS Metamaterial
近年来，一系列由热、电、磁和光信号控制的可重构超材料被开发出来，用于在从微波到光学的宽电磁波谱范围内动态地操纵电磁辐射的强度、相位和波前。在这里的第一次，我们展示了一个可重构的元表面执行异或（XOR）逻辑运算，使用两个独立的控制电输入和光学读出的形式在太赫兹波长的远场Fano强度状态。同时，近场共振限制使得通用NAND逻辑操作成为可能。此外，通过使用单个电输入控制和光学读出，在Fano谐振的远场强度状态下实现逻辑非操作。所提出的基于Fano设计的可重构微悬臂梁具有多种逻辑运算，可以创建一个通用平台，用于实现可编程和随机访问的超材料，具有增强的电光性能，多通道数据处理和加密技术，用于高速无线网络，现在正被推向太赫兹波长。
2018-03-01 physics.app-ph physics.optics
