Tunable optical bistability and tristability of nonlinear graphene-wrapped dielectric nanoparticles
基于自洽平均场近似下的全波散射理论，研究了石墨烯包裹的介电纳米粒子的光学多稳态特性。我们证明了石墨烯包裹的纳米颗粒的光学双稳性（OB）存在于近场和远场光谱，并显示出光学多稳性所产生的入射外场的高阶项的贡献。此外，光学稳定区和开关阈值都可以通过改变费米能级或纳米颗粒的尺寸来调节。我们的研究结果为石墨烯包裹的介电纳米颗粒在多态光开关、光存储器和相关的光电子器件中的应用提供了可能。
2017-01-04 physics.optics
All-dielectric reciprocal bianisotropic nanoparticles
高折射率介电纳米粒子的研究目前吸引了大量的关注。它们不受吸收的影响，但有望提供与等离子体纳米粒子相当的光特性控制。为了进一步推进该领域，重要的是要识别具有非常规特性的多功能介电纳米颗粒。在这里，我们表明，打破对称性的全介电纳米粒子导致几何可调的磁电耦合，即欧米茄型双各向异性。所建议的纳米粒子表现出不同的后向散射，作为一个有趣的结果，不同的光散射力相反的照明方向。当从相反方向照射时，这种纳米颗粒的阵列提供不同的反射相位。通过适当的几何调谐，这种双各向异性纳米颗粒能够在反射光谱中提供$2π$相位变化，同时具有相当大且恒定的振幅。由于没有通常采用的金属屏蔽，这允许产生具有接近完美的透射出谐振带的反射阵列。
2015-12-19 physics.optics
In-Situ Grown Erbium-Doped Dielectric Nanoparticles in Silica-Based Transparent Optical Fibers
提出了一种制备含原位生长掺铒氧化物纳米颗粒的透明玻璃陶瓷光纤的有效方法。拉制光纤的表征显示出低损耗（0.4 dB/m）和加宽的Er 3+发射光谱。这种有吸引力的方法为光纤放大器提供了新的范围。
2011-01-25 physics.optics
Resonant transmission of light in arrays of high-index dielectric nanoparticles
我们研究了数值，分析和实验的谐振传输光波导中形成的高折射率介电纳米粒子的周期性阵列与侧耦合谐振器。我们证明了具有足够高的Q因子的谐振器提供了允许控制光的谐振传输的Fano型干涉的条件。我们提出了一个实际的实现这种谐振效应的基础上的四极共振的电介质粒子和实验证明，在微波陶瓷球。
2015-08-10 physics.optics
Tuning of magnetic optical response in a dielectric nanoparticle by ultrafast photo-injection of dense electron-hole plasma
我们提出了一种新的方法，通过飞秒激光照射的高折射率的亚波长纳米粒子的磁性Mie型共振的光学性质的有效调谐。这一概念的基础是，在这种纳米颗粒中，密集（>10^20 cm^-3）的电子-空穴等离子体的超快光注入会极大地改变其瞬态介电常数。这允许通过电和磁纳米颗粒响应两者进行操纵，从而导致其散射图和散射截面的急剧变化。我们实验证明了20%的调谐单硅纳米粒子的反射率的飞秒激光脉冲的波长在磁偶极共振附近。这种单粒子纳米器件使得能够设计快速和超紧凑的光开关和调制器。
2015-08-10 physics.optics
Second-harmonic generation in Mie-resonant dielectric nanoparticles made of noncentrosymmetric materials
我们发展了一个多极理论的二次谐波产生（SHG）的非中心对称材料制成的介电纳米粒子与体二次非线性。我们具体分析了两种制度的光激发：照明的平面波和单模激发，当激光泵浦驱动的磁偶极子模式。考虑到两类非线性晶体固体（介电钙钛矿材料和III-V族半导体），我们采用对称性的方法来获得选择规则的多极组成的非线性辐射。所开发的描述可用于设计具有可重构辐射特性的高效非线性光学纳米天线。
2019-01-25 physics.optics
When does nonlinear circular dichroism appear in achiral dielectric nanoparticles?
有时它会出现，有时它不会。本文对具有不同对称性和非中心对称材料的单介质纳米结构的二次谐波信号的圆二色性进行了理论研究。我们表明，这种效果是不完全确定的，只有宏观和晶格对称性，但它们的相对取向以及。基于繁琐的对称性和模态分析，我们提供了一个通用的和非常简单的公式来确定是否存在二向色性，并列出了最重要的情况。
2022-11-14 physics.optics
Slow light in dielectric composite materials of metal nanoparticles
我们提出了一种方法，通过使用掺杂金属纳米颗粒的复合材料来减慢光脉冲。的基本机制是相关的饱和吸收附近的等离子体共振的泵浦-探测制度，导致强色散的探测折射率和显着降低的群速度。通过使用非共线方案，可以实现43或更大值的总分数延迟。该方案保证了具有可调延迟和太赫兹带宽的简单紧凑的慢光片上器件。
2012-09-17 physics.optics
Excitation of radiationless anapole mode of isotropic dielectric nanoparticles with tightly focused radially polarized beam
高折射率介电纳米球可以被激发并且仍然保持无辐射。提出了一种激发高折射率各向同性介质纳米球非辐射偶极子模的方法。在紧密聚焦的径向偏振光束照射下，主要贡献的电偶极子模式和磁模式可以为零，只有微弱的电四极对总散射有贡献。在$4π$结构下，利用两束反向传播的径向偏振聚焦光束形成的驻波照明，可以激发出理想的无辐射阳极。
2016-02-25 physics.optics
Polarization-controlled selective excitation of Mie resonances of dielectric nanoparticle on a coated substrate
具有低材料损耗的高折射率球形纳米颗粒支持尖锐的高Q电和磁共振，并表现出许多有趣的光学现象。制造技术的发展使人们能够进一步研究它们的特性并研究相关的光学效应。在沉积到基底上之后，由于相互作用，颗粒的光学性质发生显著变化。在这里，我们考虑在介电单层衬底上的硅球形纳米颗粒。在光的垂直入射下，层厚度控制纳米颗粒的电和磁多极对随后的光学响应的贡献。我们表明，改变入射光的偏振在一个特定的激发角和层厚度导致多极之间的切换。我们进一步观察到一个相关的偏振驱动的控制方向的散射辐射。
2020-11-12 physics.optics
Plasmonic effects in rod-like metal-dielectric nanoparticles
本文基于等效长椭球模型研究棒状金属-介电双层纳米颗粒的等离激元光学性质，分析尺寸、形状及核壳材料对极化率和吸收散射截面的影响，并给出获得最大辐射效率的形状与尺寸比建议。
2024-06-30 physics.optics
One-shot phase image distinction of plasmonic and dielectric nanoparticles
纳米尺度的相位控制是现代纳米光子学中专门定制电场的最有力的方法之一。特别是许多单独的纳米构建块的精确亚波长组装已经产生了令人兴奋的新材料，如超材料，用于生物传感应用的超材料或3D组装等离子体结构。尽管其基本的重要性，个别纳米结构的相位响应是极具挑战性的可视化实验。在这里，我们解决这个缺点，并测量不同的纳米材料，如金纳米棒和球以及介电纳米粒子的定量散射相。除了报告光谱分辨的响应，当通过粒子的等离子体共振时，相变接近π，我们设计了一种简单的方法，纯粹基于它们的相位行为来区分不同的等离子体和介电粒子。最后，我们将这种新的方法整合到一个单次拍摄的双色方案中，能够从单个宽视场图像中直接识别一个样品上不同类型的纳米颗粒。
2021-03-02 physics.optics
Nonlinear metal-dielectric nanoantennas for light switching and routing
我们介绍了一种新型的混合金属-电介质纳米天线由电介质（晶体硅）和金属（银）纳米粒子。高介电常数介电纳米颗粒允许实现有效的光捕获，并且金属纳米颗粒的非线性控制辐射方向。我们表明，这样的纳米天线的辐射图案可以通过改变只有周围的水平为11 MW/cm的$^2$的光强度，与260 fs的特征切换时间之间的向前和向后的方向切换。
2012-05-31 physics.optics
Strong coupling between organic dye molecules and lattice modes of a dielectric nanoparticle array
与光相互作用的等离子体结构提供电磁共振，这导致高度的局部场限制，从而能够增强光-物质相互作用。等离子体结构通常由金属组成，然而，金属遭受非常高的欧姆损耗和加热。另一方面，由于高折射率材料的低耗散性质和强散射能力，它们可以作为替代材料。我们研究了由覆盖有有机染料分子膜（IR-792）的全电介质纳米颗粒阵列组成的系统的光学性质，并将这些电介质阵列与金属纳米颗粒阵列进行了比较。我们通过改变染料膜中的浓度来调节光-物质相互作用，并报告系统处于强耦合状态。我们观察到的纳米粒子阵列的表面晶格共振（SLR）和高达253 meV和293 meV的染料分子的吸收线之间的拉比分裂，分别为电介质和金属纳米粒子。拉比分裂线性依赖于染料分子浓度的平方根，我们进一步评估拉比分裂如何依赖于膜厚度为低染料分子浓度。对于厚度为260 nm的薄膜，我们没有观察到可见的拉比分裂。然而，拉比分裂在从540 nm到990 nm的厚度处演变。我们进行时域有限差分模拟来分析近场增强的电介质和金属纳米粒子阵列。电场分别被增强了1200和400倍，分别接近金和非晶硅的颗粒，并且模式在两种材料的颗粒周围延伸超过半微米。
2020-02-13 physics.optics
Fano resonance-assisted all-dielectric array for enhanced near-field optical trapping of nanoparticles
本文利用全介质四极纳米结构中的法诺共振效应，将纳米颗粒光捕获刚度提升二十倍，并实现了阵列内双颗粒同时捕获。
2023-08-07 physics.optics
Scattering invisibility with free-space field enhancement of all-dielectric nanoparticles
基于全介质纳米粒子间的多极干涉，实现了散射不可见和自由空间场增强的同时实现。研究了全电介质纳米线四元体的散射特性，发现了两种散射不可见性：一种是单个纳米线未被有效激发的平凡不可见性;另一种是纳米线内部强多极激发的非平凡不可见性，它导致粒子外部的自由空间场增强。结果表明，这种非平凡的不可见性不仅来源于电和磁共振的同时激发，而且还来源于它们显著的磁电交叉相互作用。我们进一步表明，所获得的不可见性是偏振和方向选择性的，这可能会在各种应用中发挥重要作用，包括非侵入性检测，传感和非干扰医疗诊断具有高灵敏度和精度。
2017-08-31 physics.optics
Bismuth Ferrite Dielectric Nanoparticles Excited at Telecom Wavelengths as Multicolor Sources by Second, Third, and Fourth Harmonic Generation
我们证明了从一个单一的电介质铋铁氧体纳米粒子在1560 nm的电信光纤激光器激发的同时产生的第二，第三和第四谐波。我们首先表征与不同的非线性阶数的光谱，激发强度的依赖性，和相对信号强度的信号。Successfully，偏振分辨的三个谐波的发射曲线的基础上，我们讨论的磁化率张量分量在不同的订单的相互作用，我们展示了如何偏振可以被用来作为一个光学手柄来控制相对的频率转换性能。
2018-03-10 physics.optics
Towards all-dielectric metamaterials and nanophotonics
我们回顾了一个新的，快速发展的领域，全介电纳米光子学，它允许控制结构化物质的磁和电响应的工程Mie共振在高指数介电纳米粒子。我们讨论了这种介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及最近在全介电元器件，包括耦合谐振器介质波导，纳米天线和元表面的进展。
2015-03-30 physics.optics
Optimum Forward Light Scattering by Spherical and Spheroidal Dielectric Nanoparticles with High Refractive Index
高折射率介电纳米颗粒由于同时激发的电和磁偶极共振的干涉，可以在可见光和近红外波长处表现出强的定向前向光散射。对于球形高折射率电介质，可以实现所谓的第一Kerker条件，在该条件下，对于折射率和颗粒尺寸的某种组合，后向散射实际上消失。然而，球形粒子的Kerker条件仅在散射共振的尾部是可能的，当粒子微弱地散射光时。在这里，我们表明，显着更高的前向散射可以实现，如果球形颗粒被认为是代替。对于折射率的每个值，存在粒子的最佳形状，其产生最小的后向散射效率以及最大的前向散射。这种效果是由于球形颗粒在共振频率下的磁和电偶极共振的重叠而实现的。它允许设计非常高效，低损耗的光学纳米天线。
2014-12-09 physics.optics
Multipolar second-harmonic generation by Mie-resonant dielectric nanoparticles
通过结合分析和数值方法，我们研究了由中心对称材料制成的单个高折射率介电纳米颗粒的共振增强二次谐波产生（SHG）。考虑到体和表面的非线性，我们描述了二次谐波非线性散射从硅纳米粒子光激发附近的磁和电偶极共振。我们讨论了不同非线性源的贡献，以及低阶光学Mie模对产生的远场特性的影响。我们表明，多极扩展的辐射场是占主导地位的偶极和四极模式（两个轴对称的电四极，电偶极子，和磁四极），这些模式的干扰，可以确保非线性散射的方向性。开发的多极分析可以解释的非线性散射的远场测量是有益的，它提供了前瞻性的见解CMOS兼容的非线性纳米天线的设计完全集成与硅基光子电路，以及新的非线性诊断方法。
2017-11-12 physics.optics
Interplay of magnetic responses in all-dielectric oligomers to realize magnetic Fano resonances
我们研究了由相同的介电纳米颗粒制成的四聚体中集体和个体光致磁响应之间的相互作用。与它们的等离子体对应物不同，全介电纳米粒子簇显示出多个维度的共振磁响应，可以用于实现异常散射签名。我们专注于我们的分析对称quadrumers由硅纳米粒子和验证我们的理论结果的概念验证射频实验证明存在一种新型的磁Fano共振纳米光子学。
2016-07-15 physics.optics
Distance dependent interaction between a single emitter and a single dielectric nanoparticle using DNA origami
本文利用DNA折纸技术在单分子水平上研究硅纳米粒子与有机荧光团的距离依赖相互作用，发现介电纳米天线可在短距离内显著改变衰减速率并保持高量子产率，展示了其优于金属天线的性能。
2025-05-06 physics.optics
All-dielectric Structure for Trapping Nanoparticles via Light Funneling and Nanofocusing
我们提出了一种电介质结构，它将激光聚焦到衍射极限之外，从而大大增强了对电介质纳米颗粒施加的光捕获力。虽然该结构支持法布里-珀罗谐振，但它实际上充当纳米天线，因为谐振的作用是将激光汇集到结构中。与照亮结构的透镜相比，所提出的结构提供了大约10000倍的捕获力增强-这种增强的一部分来自场强度的80倍增强，其余的来自场强度的归一化梯度（即场强度的梯度除以场强度）的130倍增强。此外，所提出的结构提供了大约100倍的增强深度的捕获潜力。值得注意的是，“自诱导反作用捕获”（SIBA），这是最近的关注焦点的上下文中的光学谐振器，不发生在所提出的谐振器。在本文中，我们还指出了一些误解SIBA连同一些迄今未赞赏的微妙的偶极子近似。
2019-05-06 physics.optics
All-Dielectric Nanophotonic Structures: Exploring the Magnetic Component of Light
我们讨论了由高折射率介电纳米颗粒组成的纳米光子结构，并提出了几种基本的方法来数值研究它们的集体光学响应。我们还提供了介电和等离子体激元结构的集体光学性质的比较，并回顾实验演示的Fano共振在全介电纳米颗粒低聚物。
2017-08-22 physics.optics
Resonant Raman Scattering from Silicon Nanoparticles Enhanced by Magnetic Response
高折射率介电纳米粒子的光学响应的增强归因于它们的Mie型磁共振和电共振的激发。在这里，我们研究了晶体硅纳米粒子的拉曼散射，并揭示了磁偶极子模式有更强的散射比相同的顺序的电模式的影响。我们实验证明了140倍的增强拉曼信号从个别硅球形纳米粒子在磁偶极共振。我们的研究结果证实了亚波长介电纳米颗粒的光致磁响应对于增强光-物质相互作用的重要性。
2016-01-14 physics.optics
Q-factor and absorption enhancement for plasmonic anisotropic nanoparticles
我们研究了各向异性金属-电介质核壳纳米粒子的散射和吸收特性。结果表明，径向各向异性介质层可以加速局域共振表面模的倏逝衰减，导致Q因子和吸收率的提高。此外，吸收截面可以被最大化以达到单共振吸收极限。我们进一步表明，这样的人工各向异性包覆材料可以实现各向同性层状结构，这可能会激发许多应用的基础上散射和吸收的等离子体纳米粒子。
2016-06-15 physics.optics
Plasmonic resonances in the chain of spheroidal metallic nanoparticles on the dielectric substrate
本文在局域场近似下研究介电基底上长椭球金属颗粒链的等离激元共振，推导横向链极化率与共振频率，分析谱移及材料和介电环境影响，并确立理论适用范围。
2024-12-30 physics.optics
Transverse optical binding for a dual dipolar dielectric nanoparticle dimer
横向光学约束力和扭矩超出瑞利近似的物理起源还没有清楚地表达日期。在这里，我们提出了一个双偶极介电二聚体的力和扭矩的解析表达式由垂直于二聚体轴传播的平面波照射。使用这个分析模型，我们探讨的杂化电偶极，磁偶极，和电磁偶极耦合相互作用的粒子上的总的力和扭矩的作用。我们发现显着偏离瑞利近似的预测，特别是对于高折射率粒子，其中的力是由磁相互作用占主导地位。与瑞利近似的预测相比，这导致二聚体稳定性增强一到四个数量级。对于扭矩的情况，这是由耦合相互作用，并增加了一个数量级。我们的研究结果将有助于指导未来的实验工作在高折射率电介质粒子的光学绑定。
2020-08-17 physics.optics
Polarization-Insensitive Integration of Nanoparticle-on-a-Slit Cavities with Dielectric Waveguides for On-chip Surface Enhanced Raman Spectroscopy
本研究提出并实验验证了NPoS等离子体腔与硅基氮化硅狭缝波导的偏振不敏感集成方案，可通过TE和TM基模驱动腔，结合金纳米球确定性定位实现片上BPT分子表面增强拉曼光谱检测，为片上等离子体腔集成应用提供支撑。
2024-10-21 physics.optics
Effective non-retarded method as a tool for the design of tunable nanoparticle composite absorbers
我们调查的有效的非延迟方法（ENR）的能力，探索和设计具有特定光学性能的纳米粒子复合材料。我们考虑一种复合材料，包括周期性分布的金属球在介电基质。通过ENR得到复合介质的有效宏观介电函数，并用于计算由这种非均匀材料制成的平板的电磁响应。该响应与使用Korringa-Kohn-Rostoker波计算方法（KKR）获得的响应进行了比较。我们分析了不同填充分数的光学性质，特别是在宏观介电函数的谐振频率附近。我们表明，适当地选择复合材料的参数，它是可以实现可调吸收膜。ENR的结果是一个多功能的工具，用于设计具有特定性能的纳米颗粒复合材料。
2014-03-14 physics.optics
Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics
高折射率亚波长介电纳米谐振器的概念，支持电和磁光谐振，是一个有前途的平台，波导，传感和非线性纳米光子器件。然而，纳米谐振器中的高浓度缺陷降低了它们的谐振特性，这在很大程度上取决于它们的内部损耗。因此，它似乎是不可避免的，使用最初的晶体材料的纳米谐振器的制造。在这里，我们表明，通过飞秒激光烧蚀非晶（高损耗）硅薄膜的结晶（低损耗）共振硅纳米粒子的制造是可能的。我们采用两种概念上不同的方法：最近提出的激光诱导转移和一种新的激光写入技术的晶体纳米粒子的大规模制造。通过拉曼光谱和电子透射显微镜证明了所制造的纳米颗粒的结晶性，而使用暗场光学光谱和全波电磁模拟研究了纳米颗粒的光学谐振特性。
2015-12-12 physics.optics
Reflection compensation mediated by electric and magnetic resonances of all-dielectric metasurfaces
全介电纳米结构最近已经成为等离子体器件的一个有前途的替代品，因为它们还具有明显的电和磁共振，并允许有效的光操纵。在这项工作中，我们研究了由硅纳米颗粒阵列（超颖表面）和高折射率衬底组成的复合结构的光学特性，旨在澄清衬底对纳米颗粒反射特性的作用。我们开发了一个简单的半解析模型，该模型描述了纳米颗粒阵列和裸衬底对全反射的单独贡献的干扰。应用这个模型，我们表明，匹配的大小和设置的π相位差的电和磁的纳米粒子中诱导的偶极矩，可以获得从基板上涂覆超颖表面的反射抑制。我们进行了数值模拟的球形和磁盘纳米粒子阵列不同的基板的结晶性。我们发现完全符合半解析结果，这意味着，尽管诱导双各向异性的影响，解耦元件模型充分描述了纳米结构的反射特性。该模型解释了反射光谱的特征，如一些倾角和它们的光谱位置，并显示了为什么它可能不符合形成系统的单个纳米颗粒的米氏共振的光谱位置。我们还解决实际方面的抗反射器件工程：我们表明，非耦合元件模型是适用于硅衬底上的结构，包括光刻定义的纳米柱。从硅衬底上的纳米颗粒阵列的反射抑制可以实现在宽光谱范围内与无序的纳米颗粒阵列和宽范围的入射角。
2017-03-14 physics.optics
Hybridization and the origin of the Fano resonances in symmetric nanoparticle trimers
我们研究了等离子体和介电对称三聚体的光散射，研究了与偏振无关的Fano共振的存在。等离子体杂交理论揭示隐藏简单的物理，而不是我们提供一个简化的模型杂交，推导出等离子体三聚体的本征模解析。这种方法被证明是准确地重建全波模拟的等离子体激元三聚体和它们的Fano共振。随后，我们能够推导出的理由等离子体激元三聚体和相关的Fano共振的形成模式的干扰。然而，通过利用我们的简化杂交方法的一般性，我们也能够调查的本征模式的全介电三聚体。我们发现，高折射率介电纳米粒子之间的双各向异性耦合通道能够增加法诺共振的容量，即使在正常入射。最后，我们提供了第一个实验测量尖锐的，偏振无关的Fano共振从对称的全介电三聚体，非常好的协议，从我们的简化杂交理论的预测响应。
2015-06-02 physics.optics
Nonlinear circular dichroism in Mie-resonant nanoparticle dimers
我们研究了由两个相同的米氏共振介电纳米粒子组成的二聚体在圆偏振光垂直照射下的非线性响应。我们开发了一个一般的理论描述的耦合纳米粒子的多极模式的杂交，并揭示非零的非线性圆二色性（CD）在二聚体中的多极共振增强的二次谐波产生（SHG）信号提供其轴的取向下的一个角度的介电材料的晶格。我们目前的实验结果为AlGaAs二聚体放置在一个工程基板上，证实了我们的一般多极杂交理论的基本预测，获得这种SHG-CD效应。
2021-03-18 physics.optics
Special scattering regimes for conical all-dielectric nanoparticles
全介电纳米光子学为半导体和介电纳米谐振器中独特的光学效应驱动的各种新现象和散射机制开辟了一个场所。他们独特的光学签名，使在可见光范围内的同时电和磁响应铺平了道路，为大量的新的应用在纳米光学，生物学，传感等在这项工作中，我们研究制造友好的截断锥谐振器，并实现几个重要的散射制度，由于锥的固有属性-沿主轴对称破缺，而不涉及复杂的几何形状或结构化的光束。我们展示了这种对称性破缺来提供各种Kerker效应（广义和横向Kerker效应），非散射混合阿那普尔制度（同时阿那普尔条件的所有多极子在一个粒子导致几乎完全的散射抑制），反之亦然，超散射制度。在相同的简单几何范式下，所讨论的效应可以大大简化具有不同功能的光子器件的制造过程。此外，由锥度驱动的额外自由度为在纳米尺度上定制光-物质相互作用开辟了新的视野。
2022-09-14 physics.optics
Resonant transmission suppression in high-index nanoparticle arrays
高折射率纳米粒子晶格由于支持光、电、磁共振并可作为功能超颖表面而引起了人们的广泛兴趣。在这里，我们证明了在特定条件下，全介电纳米颗粒超颖表面可以共振抑制传输。在可见光和近红外光谱范围内，研究了硅纳米颗粒阵列在空气和电介质基质中的电和磁偶极共振。我们表明，波共振散射向前的一个或两个电和磁的纳米粒子的偶极矩可以破坏性地干扰入射波，通过阵列的传输提供显着的抑制。报道的效应可以在与光学和光子学相关的不同领域中找到重要的应用，例如滤波器，传感器和太阳能电池的开发。
2018-11-25 physics.optics
All-dielectric nanophotonics: fundamentals, fabrication, and applications
在这篇文章中，我们回顾了现代光科学中一个新颖、快速发展的领域，即全介电纳米光子学。纳米光子学的这一分支是基于高折射率介电纳米粒子的特性，其允许控制纳米结构物质的磁响应和电响应。在这里，我们讨论了高折射率介电纳米粒子的光学性质，它们的制造方法，以及在实际应用中的最新进展，包括量子源发射工程，Fano共振在全介电纳米团簇，表面增强光谱和传感，耦合谐振腔光波导，超材料和超表面，和非线性纳米光子学。
2017-12-14 physics.optics
Absorption and Plasmon Resonance of Bi-Metallic Core-Shell Nanoparticles on a Dielectric Substrate Near an External Tip
吸收效率的分布和局部表面等离子体共振（LSPR）波长的金属核-壳纳米粒子（NP）放置在BK 7玻璃基板。数值研究与矢量化版本的离散偶极子近似与表面相互作用（DDA-SI-V）。金（Au）和银（Ag）金属组分用于模拟两种不同的核壳结构。吸收增强和等离子体共振的核-壳结构的混合模式进行比较，通过使用定义的尺寸配置的措施。据观察，一个小的体积分数的核心尺寸的结果在壳的等离子体激元响应的支配。进行额外的研究以辨别纳米颗粒在不同周围环境中的折射率的灵敏度。对于银核-金壳和金核-银壳纳米粒子，在选定的核-壳尺寸结构下，观察到银核-金壳和金核-银壳纳米粒子的LSPR波长红移。还分析了裸露的金属纳米颗粒和所选的核-壳对在外部探针附近的吸收行为。利用横向电场（TE）和横向磁场（TM）波极化研究了磷化镓（GaP）和硅（Si）AFM针尖的使用。据观察，光偏振的吸收增强的NPs开关在不同的波长，其中尖端材料的介电转变发生的优势。这些发现显示了金属核-壳纳米颗粒在几个领域的可能目标用途，如纳米制造，局部加热，生物传感和材料检测应用。
2019-10-10 physics.optics
Enhancement of inherent Raman scattering in dielectric nanostructures with electric and magnetic Mie resonances
介电纳米结构中的共振增强拉曼散射最近被证明是发展纳米测温和实验测定其模式组成的有效工具。在本文中，我们开发了一个严格的分析理论的基础上的格林函数方法来计算的拉曼发射晶体高指数介电纳米粒子。作为一个例子，我们考虑硅纳米粒子，由于活跃的光学声子模式具有很强的拉曼响应。我们将拉曼信号发射的增强与纳米颗粒内部Mie模的激发引起的Purcell效应联系起来。我们还采用数值方法计算非弹性拉曼发射在更复杂的几何形状，这不允许一个简单的分析形式的格林函数描述。从硅纳米盘的拉曼响应进行了分析，在所提出的方法，并揭示了各种米氏模式的贡献。
2017-09-22 physics.optics
Electric field induced structural colour tuning of a Silver/Titanium dioxide nanoparticle one-dimensional photonic crystals
电场对光子晶体结构色的主动调谐是一种有效的外部刺激，对光传输操纵有影响。在这项工作中，我们提出了这种效果的光子晶体设备与银和二氧化钛纳米粒子的交替层显示出约10 nm的位移为10 V的施加电压。施加电场的金属/电介质界面处电荷的积累导致银中有助于等离子体频率的电荷的有效增加。这引发银等离子体激元带的蓝移，同时光子带隙的蓝移是由于银介电函数的变化，即有效折射率的降低。这些结果是银/TiO 2纳米颗粒为基础的光子晶体中的主动颜色调谐的第一个演示，并打开了基于金属/电介质的光子晶体作为电光开关的路线。
2015-10-07 physics.optics
Gold Nanoparticles for Plasmonic Biosensing: The Role of Metal Crystallinity and Nanoscale Roughness
贵金属纳米粒子由于局部表面等离子体激元的激发而显示出特定的光学性质，这使得它们成为高灵敏度生物纳米传感器的有吸引力的候选者。潜在的物理原理是分析物诱导的纳米颗粒周围介质的介电性质的改变或通过共振增强的等离子体激元场增加光学活性分析物的激发和发射速率。无论哪种方式，除了纳米颗粒的几何形状外，金属的介电性质和纳米级表面粗糙度对传感性能起着重要作用。然而，由于基本原理尚未得到很好的理解，我们的目标是在这里通过分析光刻制造的纳米粒子的光学特性，不同的结晶度和粗糙度参数的一个更好的理解。我们通过热退火改变这些参数，并应用薄金膜作为模型系统来检索介电函数的修改。我们调查，一方面，消光光谱，反映了远场性质的等离子体激元激发，另一方面，表面增强拉曼光谱，作为近场探针。我们的研究结果提供了更好的洞察局部表面等离子体及其在生物纳米传感中的应用。
2011-11-03 physics.optics
Enhancement and suppression of surface plasmon resonance in Ag aggregate by optical gain and absorption in surrounding dielectric medium
我们已经观察到在聚集的银纳米颗粒和罗丹明6G染料的混合物中，通过界面电介质中的增益补偿金属中的损耗。所展示的瑞利散射的六倍增强是表面等离子体（SP）共振的品质因数增加的证据。报道的实验观察为纳米等离子体的许多实际应用铺平了道路。我们还预测和实验观察到的抑制表面SP共振的金属纳米粒子嵌入在介电主机的吸收。
2005-12-31 physics.optics
Optical coupling between resonant dielectric nanoparticles and dielectric waveguides probed by third harmonic generation microscopy
局域电磁模式和可忽略的欧姆损耗决定了亚波长全介电纳米粒子的兴趣日益增长。虽然详尽的研究量处理与自由空间电磁场的全介电纳米结构的相互作用，其性能作为集成的光子元件仍然没有解决。我们提出了一个实验研究的谐振亚波长硅纳米盘和非谐振硅波导之间的光耦合，探测三次谐波发生显微镜。通过将纳米盘放置在离波导不同的距离处，我们观察到三次谐波强度调制高达4.5倍。这种调制被分配到由它们耦合到波导和随后的调制它们的磁型共振引起的纳米盘内的局部场增强的变化。有趣的是，虽然波导提出了一个额外的损失通道的nanodisk，我们观察到的nanodisk内的局部场强的增加，通过严格的全波模拟验证。这项工作使全介电纳米粒子在光子芯片上的集成迈出了一步。
2018-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dual Plasmonic Modes from In-Situ Silver Nanoparticle Formation via Diffusion at Silver / Dielectric Interfaces
各种几何形状的金属-电介质界面是表面等离子体激元的基本光子材料平台。表面等离子激元和局域表面等离子激元是分别在平面和曲面金属-电介质界面上激发的两种表面等离子激元模式。在这里，我们证明了原位形成的银纳米粒子扩散在平面界面之间的沉积银和氮化物的氮化物。在一个步骤中，我们合成的纳米结构，表现出本地化的表面等离子体共振在银纳米粒子和表面等离子体共振在平面界面。我们开发了一个精确的光学模型，描述两个表面等离子体激元模式应用有效介质理论的实验ToF-SIMS和XPS的深度分布。我们的研究结果提供了对固有金属-电介质界面缺陷的基本材料见解，以及一种新的原位纳米颗粒合成方法，该方法与传统的平面界面制造无缝集成。这些独特的结果打开了前景光明的光子等离子体激元的应用，利用两个表面等离子体激元模式的耦合。
2019-04-15 physics.app-ph physics.optics
Extraordinary fluorescence enhancement in metal-dielectric core-shell nanoparticles
与金属增强荧光的范例相反，非常厚的介电涂层可以非常有利于在实际条件下实现位于Au@介电球形核-壳颗粒的壳的表面上或内部的发射体的平均荧光增强因子$\bar F\gtrsim 3000$的极值，甚至对于具有100%固有量子产率的发射体。厚的电介质涂层有利于高质量的横向电（TE）多极（$\ell=7$）谐振，这是所报告的$\bar F$的异常值的主要原因。
2021-03-31 physics.chem-ph physics.optics
Optical potential mapping with a levitated nanoparticle at sub-wavelength distances from a membrane
真空悬浮物体在材料表面附近的可控定位对于研究短程力（如卡西米尔力、界面摩擦力或尚未探索的参数范围内的重力）具有重要意义。在这里，我们光学悬浮纳米粒子在激光束强烈聚焦在介电膜。通过研究被囚禁粒子在真空中的运动，我们映射出了粒子的位置依赖的光学势。我们干涉测量粒子和表面之间的距离，并表现出稳定的捕获在亚波长附近的电介质表面。我们的工作是重要的芯片上悬浮光学力学的发展，并在亚波长距离测量短程力。
2018-03-13 physics.optics
Elusive pure anapole excitation in homogenous spherical nanoparticles with radial anisotropy
对于具有入射平面波的均匀各向同性电介质纳米球，笛卡尔电偶极子和环形偶极子可以被调谐以在远场散射方面彼此抵消，从而导致有效的阳极激发。然而，与此同时，其他多极子，如磁偶极子具有可比的散射功率被激发，与阳极混合，并导致不可忽略的总散射截面。在这里，我们表明，对于均匀的介电纳米球，径向各向异性可以用来显着抑制其他多极激发，这在同一时间不妥协的笛卡尔电偶极子和环形偶极子之间的完整的散射cancallation的属性。这使得在径向各向异性的电介质纳米球中实现了难以捉摸的纯阳极激发，这可能为许多与散射相关的基础研究和应用提供新的思路。
2015-09-01 physics.optics
Cloaking dielectric spherical objects by a shell of metallic nanoparticles
我们表明，介电球体可以被非晶排列的金属纳米颗粒的外壳所掩盖。球壳是一种人工介质，具有可调的有效特性，可以调整，使得球壳和球的散射信号几乎相互抵消。我们提供了一个分析模型的斗篷设计，并证明数字斗篷按要求操作。我们表明，超过70%的球的散射信号可以被抑制在设计波长。公开了当与其它实施方式相比时这种斗篷的优点和缺点。
2011-02-17 cond-mat.other physics.optics
Optically assisted trapping with high-permittivity dielectric rings: Towards optical aerosol filtration
控制纳米颗粒的传输、捕获和过滤对于许多应用是重要的。由于它们对重力和热运动的弱响应，可以利用各种物理机制对纳米颗粒进行此类操作。然而，基于光学力的操纵可能是最有吸引力的，因为它构成了一个高度确定性的方法。等离子体纳米结构已被建议用于此目的，但它们具有局部产生热量和将纳米颗粒直接捕获在表面上的缺点。在这里，我们提出了使用的介电环的高介电常数材料捕获纳米粒子。由于它们能够在空间中强烈地定位场，纳米颗粒可以在没有接触的情况下被捕获。我们使用半分析方法来研究这些环捕获纳米颗粒的能力。结果得到全波模拟的支持。应用捕集的概念，纳米粒子过滤的建议。
2016-09-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Non-Mie Optical Resonances in Anisotropic Biomineral Nanoparticles
纳米粒子的光学性质在许多学科中具有重要的基础和应用价值，因此一直受到人们的关注。最近出现的全介质纳米光子学领域利用具有高折射率的介电纳米颗粒中的光致电磁Mie共振。这种性质允许获得额外的有价值的自由度来控制纳米光子结构的光学响应。在这里，我们提出了一个概念上不同的方法，在介电纳米粒子达到光学共振。我们发现，缺乏传统的米氏共振，低指数纳米粒子可以表现出一种新的各向异性诱导的家庭非米氏本征模。具体来说，我们调查光与方解石和球文石纳米球的相互作用，并比较他们与米氏散射的熔融石英球。这些粒子具有接近的折射率和相同的尺寸，由于它们的内部结构而表现出显著不同的散射行为。虽然熔融石英球没有表现出任何光谱特征，但方解石的介电常数张量和球霰石的非对角介电常数张量的单轴结构导致散射光谱中的一组可区分的峰。多极子分解和本征模分析表明，这些峰与一个新的家庭的电和磁共振。我们确定磁偶极子模式的普通，非凡和混合极化以及复杂的电偶极子共振，具有显着的环形电偶极矩。由于球文石和方解石都是生物矿物，由各种生物体天然合成和利用，我们的研究结果为理解和阐明真正生物系统光学功能背后的机制提供了不可或缺的工具箱。
2018-10-29 physics.optics
Enhanced light emission by magnetic and electric resonances in dielectric metasurfaces
我们展示了耦合到由多晶硅纳米颗粒的周期性阵列形成的介电超颖表面的高量子产率分子的增强发射。纳米粒子的辐射耦合，介导的面内衍射，导致形成集体米氏散射共振或米氏表面晶格共振（M-SLR），具有显着的窄线宽。这些窄线宽和单个Si纳米颗粒的固有电和磁偶极矩允许分辨电和磁M-SLR。入射角和偏振相关的消光测量和高精度表面积分模拟明确表明，磁M-SLR产生于平面内和平面外的磁偶极子，而电M-SLR是由于平面内的电偶极子。观察到分子的发射光谱的显著变化，与电M-SLR耦合的分子在限定方向上的发射增强了近20倍，与磁M-SLR耦合的分子的发射增强了5倍。这些测量结果表明，潜在的电介质超颖表面的发射控制和增强，并打开新的机会，诱导非对称散射和发射使用集体的电和磁共振。
2020-03-11 physics.optics
Size dependence of multipolar plasmon resonance frequencies and damping rates in simple metal spherical nanoparticles
多极等离子体激元振荡频率和相应的阻尼率形成的最简单的自由电子金属纳米球进行了研究。控制等离子体特征的可能性，通过选择的大小和介电特性的球周围进行了讨论。所研究的金属的光学性质内描述的Drude-Sommerfeld模型的介电函数与有效参数acounting的贡献的传导电子和带间跃迁。没有近似是在粒子的大小方面，等离子体的大小特性进行了严格的描述。我们对钠纳米液滴[1]的实验结果与偶极和四极等离子体激元的振荡频率尺寸依赖性进行了比较。
2008-04-14 physics.optics
Enhanced Excitation and Emission from 2D Transition Metal Dichalcogenides with All-Dielectric Nanoantennas
最近出现的基于高折射率介电纳米颗粒中的光学米氏共振的全介电纳米光子学的概念已经被证明是一种有前途的途径，以促进纳米尺度下的光-物质相互作用。在这项工作中，我们讨论了介电纳米谐振器与二维过渡金属二硫属化物（二维TMDC）的相互作用，导致弱耦合和强耦合制度的机会。我们进行了全面的分析明亮的激子光致发光（PL）增强从各种二维TMDC，包括WS 2，MoS 2，WSe 2，和MoSe 2通过它们的耦合到硅纳米粒子的米氏共振。对于每一种情况下，我们找到相应的最大PL增强考虑到激发速率，珀塞尔因子，和辐射效率的系统参数。我们数值证明，全介质硅纳米天线可以显着提高PL强度从二维TMDC的一个因素，通过精确的几何和材料参数的优化。我们的研究结果可能是有用的高效率的二维TMDC为基础的光电，纳米光子和量子光学器件。
2018-10-15 physics.optics
Magnetoelectric Exceptional Points in Isolated All-Dielectric Nanoparticles
本研究揭示非球形电介质纳米颗粒的电磁波散射与非厄米系统奇异点相关，推导谐振强耦合条件，证实形状对称性破缺可调控磁电奇异点，还发现衬底可额外调谐奇异点位置，为折射率传感提供新途径。
2023-06-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
