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
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
Light Emission and Conductance Fluctuations in Electrically Driven and Plasmonically Enhanced Molecular Junctions
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Université de Bourgogne（勃艮第大学）；IBM Research Europe - Zurich（IBM苏黎世研究实验室）
研究电驱动和等离子体增强分子结中导电波动与隧道发光的关联，揭示原子尺度波动对光学电子响应的影响，展示室温下长时稳定性能。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
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
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
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
Generation of photon-plasmon quantum states in nonlinear hyperbolic metamaterials
我们通过非线性等离子体和超材料纳米结构中的自发波混合开发了集成成对光子等离子体激元产生的一般理论框架，通过电磁格林函数严格解释了量子机制中的材料色散和损耗。我们在具有70%内部量子效率的层状金属-介质结构中发现了光子-等离子体激元关联，并揭示了双曲型超材料中由于拓扑转变而导致的宽带产生增强的新机制。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
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
High temperature plasmonics: Narrowband, tunable, near-field thermal sources
我们提出了多种方法来控制维恩的位移法在近场导致窄带，可调，空间相干的高温热源。我们表明，窄带超普朗克热辐射相关的波长范围内的近场热光致发光，可以通过利用工程等离子体状态的金属具有高熔点。除了高温等离子体金属的传统薄膜表面等离子体激元外，我们还介绍了窄带近场热发射的多种不同方法a）ε-近零超材料b）各向异性超材料的可调谐表面等离子体激元和c）光子范霍夫奇异性。我们的工作解决了近场热光电成像中窄带热源的关键问题。
2013-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
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
Coherent phenomena in terahertz 2D plasmonic structures: strong coupling, plasmonic crystals, and induced transparency by coupling of localized modes
III-V异质结构中的等离子体系统（诸如石墨烯和二维电子气（2DEG））的器件应用包括太赫兹检测器、混频器、振荡器和调制器。这些二维（2D）等离子体激元系统不仅非常适合于器件集成，而且能够通过施加的电场实现欠阻尼等离子体激发的宽可调谐性。我们提出了多个电压调谐的GaAs/AlGaAs二维等离子体共振器在太赫兹辐射下的相干耦合演示。通过利用等离子体零差混合机制将等离子体波的近场下变频为DC信号，我们在低温下直接检测耦合等离子体微谐振器结构的光谱。在所研究的器件中的2DEG可以被解释为等离子体激元波导，其中多个栅极端子控制2DEG动力学电感。当2DEG的栅极调谐是空间周期性的时，一维有限等离子体激元晶体形成。这导致亚波长结构，非常像超材料元件，但布拉格散射来自重复晶体单元的等离子体波。观察到等离子体激元晶体带边的50%原位调谐。通过引入栅控缺陷或简单地终止晶格，在等离子体晶体中产生局域态。由于缺陷模和晶体表面态（称为Tamm态）的耦合，有限晶体边界处的固有不对称性产生了诱导的类双折射现象。所展示的耦合等离子体共振器的主动控制为灵敏的直接和外差THz检测、平面超材料和慢光器件开辟了以前未探索的途径。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall 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
Photonic Metamaterial Analogue of a Continuous Time Crystal
研究提出由柔性纳米线支撑的等离激元超分子二维阵列构成的经典超材料纳米结构，在连续相干光照明下可触发自发相变进入透射率振荡的超辐射态，展现出连续时间晶体的关键特征，对强关联多体态研究及全光调制等应用具有重要意义。
2023-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transformation Optics for Plasmonics: from Metasurfaces to Excitonic Strong Coupling
本文综述了变换光学理论在深亚波长电磁现象解析描述中的最新理论进展。首先，我们提出了一个一般性的描述的技术，连同其通常利用超材料的概念和优化在不同领域的波动物理。接下来，我们将详细讨论等离子体超颖表面的设计，包括奇异几何形状的描述，允许在MEMS平台的宽带吸收。最后，我们讨论了单发射极水平下纳米腔中等离子激元-激子强耦合的准解析处理。
2019-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-optical Hall effect by the dynamic toroidal moment in a cavity-based metamaterial
动态偶极环响应演示了由双盘组成的光学等离子体超材料。这种具有局部电场集中热点的响应是表现良好的环形腔模式，由于其深亚波长模式体积而表现出大的Purcell因子。全光霍尔效应（光伏），由于这种光学环矩的数值模拟，在多铁性系统中的磁电效应。结果表明，一个有前途的途径来探索各种光学现象与这个有趣的动态环矩。
2013-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chirality Inversion and Giant Optical Activity in Scalable Self-Assembled Metamaterials
Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG)（马克斯·普朗克胶体与界面研究所）；Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学化学系）；Institute of Light and Matter, Claude Bernard University Lyon 1, CNRS（里昂第一大学克劳德·贝尔纳大学光与物质研究所，法国国家科学研究中心）
本研究开发了可规模化组装的分级螺旋超材料，实现了强等离子体光学活性与手性反转，还可回收金纳米颗粒，为可持续手性等离子体材料提供了新方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall 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
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
