Phonon-Enabled Collective Strong Coupling of Color Centers in a Plasmonic Cavity
Institute for Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）
本研究通过阴极发光和光致发光光谱，在室温下实现了六方氮化硼量子发射体与等离子体金空腔的集体强耦合，观察到振动跃迁与腔模的杂化分裂，为控制多量子发射体相互作用提供了新途径。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Modal theory of modified spontaneous emission for a hybrid plasmonic photonic-crystal cavity system
我们提出了一个分析模式描述的丰富的物理混合等离子体-光子器件，证实了麦克斯韦方程组的全偶极解。预测了耦合到这些混合结构的量子偶极发射体的自发发射衰减率具有很强的频率依赖性。特别是，它示出的Fano型共振实验报告的混合等离子体激元系统中，从一个非常大的干扰之间的主导准正规模式的系统在感兴趣的频率范围内。所提出的模型形成了一个有效的基础，在这些复杂的混合系统中的量子光-物质相互作用的建模，也使非辐射耦合损耗的定量预测和理解。
2016-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum open system description of a hybrid plasmonic cavity
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文提出统一框架描述损耗等离子体腔的量子开放系统，通过Dyson方程处理相干动力学、弛豫、去相位和不可逆吸收，建立自洽的耗散极子动力学模型，适用于响应光谱和耗散工程。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Directional emission from WS2 monolayer coupled to plasmonic Nanowire-on-Mirror Cavity
通过将二维过渡金属二硫族化物耦合到等离子体纳米腔中来影响二维过渡金属二硫族化物激子发射特性的光谱和方向特性已经成为二维材料纳米光子学的重要前景。在本文中，我们实验研究了定向光致发光发射二硫化钨（WS 2）单层夹在单晶等离子体银纳米线（AgNW）波导和金（Au）镜，从而形成一个AgNW-WS 2-Au腔。通过采用偏振分辨傅立叶平面光学显微镜，我们量化的AgNW-WS 2-Au腔的远端的定向发射特性。考虑到我们的几何形状同时有利于局部场增强和波导能力，我们设想其在基于2D材料的片上纳米光子信号处理中的实用性，包括非线性和量子光学制度。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Molecular optomechanics in the anharmonic cavity-QED regime using hybrid metal-dielectric cavity modes
使用精心设计的混合金属-介质谐振器，我们研究了分子光学力学在强耦合制度（$g_{\rm }^2/ω_m {>} κ$），这体现在非谐波发射线的腔发射光谱（$κ{<}ω_m$）的边带分辨区域。这种非线性光机械强耦合制度是通过金属-介电腔系统，不仅产生深亚波长等离子体约束，而且介电类约束时间比那些从典型的本地化等离子体模式大于两个数量级。这些混合的金属-电介质腔模式使人们能够研究用于单分子拉曼散射的量子等离子体的新途径。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Vacuum Rabi splitting of a dark plasmonic cavity mode revealed by fast electrons
近年来，人们对等离子体激元和激子之间的强耦合越来越感兴趣，这是一种产生新的量子光学试验台并影响化学动力学和反应性的方法。甚至用单量子发射器也实现了到明亮等离子体激元模式的强耦合。暗等离子体激元模式由于寿命较长而在某些应用中表现更好，但由于它们是次辐射的，因此难以探测。在这里，我们应用电子能量损失（EEL）光谱来证明，一个单独的等离子体领结的暗模式可以与少量的量子发射器，拉比分裂光谱证明。高达85毫电子伏的耦合强度的蝴蝶结发射器设备在强耦合制度的开始。值得注意的是，耦合发生在蝴蝶结间隙的外围，即使当电子束探测它们的中心。我们的研究结果铺平了道路，使用EEL光谱研究激子等离子体相互作用涉及非发射光子模式。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Atomic-scale structural fluctuations of a plasmonic cavity
我们利用低温扫描隧道显微镜的精确性，研究了单原子极限下等离子体激元电致发光的涨落。首先，我们研究了受控单原子转移对结的等离子体性质的影响。接下来，我们形成一个定义明确的原子接触的几个量子的电导。在接触中，我们观察到的电致发光强度的变化，可以被分配到自发修改的电子电导，等离子体激元激发和光学天线的属性都起源于微小的原子重排或附近的接触。这些观测结果与理解等离子体增强原子尺度光谱中导致自发强度变化的过程有关。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall
Coulomb effects on the photo-excited quantum dynamics of electrons in a plasmonic nanosphere
随着最近的实验研究逐渐变小的等离子体粒子的光学性质，量子效应变得越来越相关，需要微观描述。利用密度矩阵理论，我们分析了小纳米球的光激发少电子动力学。在体等离子体激元的标准推导之后，我们特别旨在阐明库仑相互作用的作用。计算线性光学响应中的介电磁化率谱，我们发现由电子之间的库仑相互作用介导的集体响应导致的离散共振。在非线性区域，系统的职业表现出相互作用的本征态之间的振荡。我们的方法提供了一个理想的平台来研究和解释非线性和量子等离子体，揭示了等离子体纳米球的光激发动力学具有相似之处，并结合了两者的特点，众所周知的两级拉比动力学，和典型的等离子体的集体多电子行为。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall
Beaming Elastic and SERS Emission from Bent-Plasmonic Nanowire on a Mirror Cavity
本文报道了在反射镜腔上的纳米线（B-NWoM）的弹性发射和表面增强拉曼散射（SERS）发射的实验观察。利用偏振分辨傅立叶平面和能量动量成像对系统进行探测，以研究发射波矢量的光谱和角度特征。来自扭结的耦合出的弹性散射光占据窄的角展度。我们使用具有明确分子取向的分子的自组装单层来利用腔中的面外电场来增强来自分子的拉曼发射并实现成束SERS发射。弹性散射和SERS发射的计算方向性分别为16.2和12.5分贝。实验数据与三维数值有限元和基于时域有限差分的数值模拟相印证。这里提出的结果可能会发现相关的理解发射器与细长等离子体腔的耦合和设计片上光学天线。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Purcell enhancement of photogalvanic currents in a van der Waals plasmonic self-cavity
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Center for Free-Electron Laser Science（自由电子激光科学中心）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
研究通过自谐振腔增强范德瓦耳斯半金属WTe₂的光生电流，揭示了等离子干涉效应在太赫兹频段的调控作用，展示了自谐振腔在量子材料非平衡动力学中的应用潜力。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid cavity-antenna architecture for strong and tunable sideband-selective molecular Raman scattering enhancement
本文提出一种耦合可调法布里-珀罗微腔与等离激元纳米立方体天线的混合架构，通过模式杂化实现窄带共振，在保持强拉曼散射增强的同时实现对分子振动谱线的选择性寻址，为分子光机械学动态反作用奠定基础。
2023-06-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental and ab initio ultrafast carrier dynamics in plasmonic nanoparticles
等离子体纳米结构的超快泵浦-探测测量探测激发载流子的非平衡行为，这涉及在典型的经验分析中模糊的几种竞争效应。在这里，我们提出了泵浦-探测测量的等离子体纳米粒子与一个完整的理论描述的基础上的第一性原理计算的载流子动力学和光学响应，免费的任何拟合参数。我们占详细的电子结构的影响，在态密度，激发载流子分布，电子-声子耦合，和介电函数，使我们能够避免有效的电子温度近似。使用这种计算方法，我们得到了很好的定量协议与瞬态吸收测量的光谱和时间特征。在我们的实验和计算中，我们确定了两个主要贡献的初始响应与不同的签名：短寿命的高度非热激发载流子和长寿命的热化载流子。
2016-12-24 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Extending exciton and trion lifetimes in MoSe$_{2}$ with a nanoscale plasmonic cavity
本文通过将 MoSe$_2$ 嵌入深亚波长 Fabry-Perot 银腔抑制面内偶极辐射复合，使激子与三激子 PL 线宽减小约 1 nm、寿命延长约 10 ps。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Purcell factor and coupling efficiency to surface plasmons. Implications for addressing and controlling optical nanosources
Purcell因子$F_p$是腔量子电动力学（cQED）中的关键量，其量化偶极发射极和腔模式之间的耦合率。它的简单形式$F_p\propto Q/V$揭示了增强和控制光-物质相互作用的可能策略。实际上，由于i）基于cQED的高品质因数$Q$或ii）基于纳米光子学和等离子体激元学的低模态体积$V$，实现了有效的光-物质相互作用。在过去的十年中，已经做了很大的努力，以获得一个等离子体珀塞尔因子，以转置cQED概念的nanocale，在标度律的方法。在这项工作中，我们讨论了离域（SPP）和本地化（LSP）表面等离子体激元的等离子体珀塞尔因子，并简要总结了预期的应用纳米光子学。基于SPP共振形状（洛伦兹或法诺轮廓），我们导出了离域等离子体激元耦合率的封闭表达式。的品质因数因子和模式限制的SPP和LSP进行量化，展示了他们强烈的亚波长行为。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity piezooptomechanics: piezoelectrically excited, optically transduced optomechanical resonators
我们提出了一种单片集成氮化铝（AlN）光机械谐振器，其中的机械运动由压电力驱动，位移由一个高Q值的光学腔转换。AlN光机械谐振器通过一个小的气隙从射频电极激发，以消除谐振器到电极的损耗。我们观察到电激励的机械运动在47.3 MHz，1.04 GHz，和3.12 GHz，分别对应于第一，第二，和第四径向轮廓模式的车轮谐振器。一个等效电路模型来描述所观察到的Fano谐振频谱。
2013-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spontaneous radiation of a two-level atom into multipole modes of a plasmonic nanoparticle
我们考虑位于球形等离子体纳米粒子（NP）附近的激发二能级系统（TLS）的弛豫。TLS的跃迁频率被假定为与NP等离子体共振的凝聚点的频率一致。我们表明，TLS激发的弛豫是一个两步的过程。在初始指数衰减之后，TLS进入拉比振荡。根据TLS和NP之间的距离，TLS处于激发态的概率呈现出混沌或接近规则的振荡。在后一种情况下，TLS-NP系统的本征频率与NP多极模式之一相一致。
2014-02-20 cond-mat.mes-hall
Single-photon emission mediated by single-electron tunneling in plasmonic nanojunctions
最近的扫描隧道显微镜（STM）实验报道了由STM针尖和衬底形成的纳米等离子体腔中的隧穿电流诱导的单分子荧光，腔模的电场与电流诱导的分子电荷涨落耦合，使模激发。我们从理论上研究了该系统的实验相关限制的大阻尼率$κ$的腔模式和任意耦合强度的单电子水平。我们发现，当偏压接近光子发射的第一非弹性阈值时，所发射的光表现出反聚束行为，二阶光子关联函数消失。同时，发射光的电流和强度在腔频率$ω_c$的倍数处显示Franck-Condon阶跃，其宽度由$κ$而不是温度$T$控制。对于大的偏置电压，我们预测强光子聚束的顺序的$κ/Γ$其中$Γ$是电子隧穿率。因此，我们的理论预测，强耦合到一个单一的水平允许电流驱动的非经典光发射。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall
Greatly Enhanced Emission from Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride Enabled by a Low-Loss Plasmonic Nano-Cavity
已知二维六方氮化硼（hBN）具有多种量子发射体，其性质适合于广泛的量子光子应用。其中，具有光学可寻址自旋态的带负电荷的硼空位（VB-）缺陷由于其在量子传感中的潜在应用而最近出现。与块状晶体中的自旋缺陷相比，当放置在距hBN表面纳米级距离处时，VB-保留其自旋相干特性，从而实现纳米级量子传感。另一方面，VB-的低量子效率阻碍了其在实际应用中的使用。几项研究已经报道了使用等离子体效应改善VB缺陷的总体量子效率;然而，迄今为止报道的高达17倍的总体增强相对适度。在这项研究中，我们探索和展示了更高的发射增强VB-与超低损耗纳米贴片天线（NPA）结构。高达250倍的整体强度增强观察到NPA耦合VB缺陷。由于激光光斑超过了NPA的区域，因此NPA提供的实际增强被计算为~1685倍，这表示比先前报告的结果显著增加。重要的是，光学检测的磁共振（ODMR）对比度在这种异常强的增强下得以保持。我们的研究结果不仅建立了NPA耦合的VB-缺陷作为高分辨率磁场传感器在弱激光功率下工作，但也提供了一个有前途的方法来获得单一的VB-缺陷。
2022-07-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bound state and non-Markovian dynamics of a quantum emitter around a surface plasmonic nanostructure
可以形成量子发射体（QE）和表面等离子体激元（SPP）之间的束缚态，其中QE部分稳定在其激发态。我们提出了一种计算负频率$ω$能级位移的一般方法，它是正频率$-ω$能级位移非共振部分的负值.我们还提出了一个有效的形式主义获得的激发态人口的长时间的价值，而不计算的束缚态的本征频率或执行的时间演化的系统，其中的概率振幅为激发态在稳定的极限是等于一减去在正的频率范围内的演化谱的积分。在得到上述两个量的基础上，我们证明了在束缚态存在的情况下，非马尔可夫衰变动力学可以用基于演化算符格林函数表达式的方法得到。提出了一个判别束缚态存在的一般判据。这些都是数值演示的QE位于纳米球周围，并在间隙等离子体纳米腔。这些发现在相干光-物质相互作用领域具有指导意义。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extremely confined gap surface plasmon modes excited by electrons
高空间和能量分辨率EELS可以用于详细表征由金属纳米结构支持的局部和传播表面等离子体激元激发，从而深入了解各种等离子体效应中涉及的基本物理现象。在这里，应用EELS在金超尖锐的凸槽，我们直接探测极其有限的间隙表面等离子体激元（GSP）模式激发的快速电子在纳米宽的差距。实验和理论EELS数据都揭示了与反对称（相对于横向电场分量）GSP模式的激发相关的共振行为，其间隙宽度非常小，低至~5 nm。有人认为，这种模式的激发，具有非常强的吸收，在实验实现的非共振光吸收的超尖锐的凸槽与制造诱导的不对称性起着至关重要的作用。在具有极端光限制的等离子体激元波导中利用的反对称GSP模式以及基本GSP模式的出现是在等离子体激元纳米光子电路和器件的设计中应该考虑的非常重要的因素。
2013-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light controlled THz plasmonic time varying media: momentum gaps, entangled plasmon pairs, and pulse induced time reversal
本研究建立弗洛凯工程框架，利用时变振幅的相干高频光在二维狄拉克系统中参量调控太赫兹等离子体，实现波包镜像、动量间隙等效应，无需太赫兹光即可操控低频等离子体。
2024-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transport of hot carriers in plasmonic nanostructures
等离子体激元热载流子器件在平衡之前从金属纳米结构中提取受激载流子，并且具有超越半导体光吸收剂的潜力。然而，到目前为止，它们的效率仍然远低于理论极限，这需要定量预测等离子体结构中的载流子传输和能量损失，以识别和克服载流子收集中的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论和计算框架，空间和能量的非平衡散射（NESSE），结合相空间（玻尔兹曼）和粒子为基础的（蒙特卡罗）方法的最佳功能来预测载流子能量分布的空间演化。在NESSE框架内，我们在原子尺度上桥接等离子体衰变和载流子碰撞积分的第一原理电子结构预测，并在纳米到介观尺度上进行电磁场模拟。最后，我们应用NESSE来预测光激发载流子的空间分辨能量分布，这些光激发载流子在几十到几百纳米的长度尺度上影响实验上可实现的等离子体纳米结构的表面，从而实现热载流子器件的第一原理设计。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Deterministic coupling of site-controlled quantum emitters in monolayer semiconductors to plasmonic nanocavities
固态单量子发射器是片上光子量子技术的关键资源，需要有效的腔-发射器耦合来实现超越单节点水平的量子网络。以前增强光-物质相互作用的方法依赖于在随机定位的量子点或色心周围形成纳米腔，但缺乏对量子发射器本身的空间控制，而这是缩放所需的。在这里，我们展示了一种确定性的方法来实现珀塞尔增强光刻定义的位置使用尖锐的角落的金属纳米立方体的电场增强和变形的二维材料。对于形成单层WSe 2的3 × 4应变诱导激子量子发射体阵列，我们显示了自发发射率增强，其中Purcell因子（FP）高达FP=1050（平均FP=272），单光子纯化和腔增强的量子产率从最初的1%增加到15%。我们的纳米等离子体平台的实用性适用于其他2D材料，包括氮化硼，为量子光子学开辟了新的进展。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic nano-resonator enhanced one-photon luminescence from single gold nanorods
在实验中测量了单个金纳米棒的强斯托克斯和反斯托克斯单光子发光。结果表明，斯托克斯和反斯托克斯辐射的强度和偏振态具有很强的相关性。我们的实验观察发现了单根金纳米棒发光的相干过程。我们提出了一个理论模式，腔共振的概念的基础上，一致理解斯托克斯和反斯托克斯光致发光。我们的理论与我们所有的测量结果完全一致。
2015-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Collective Plasmonic-Molecular Modes in the Strong Coupling Regime
我们证明了分子激发态和薄金属膜中狭缝阵列的表面等离子体激元模式之间的强耦合。这种耦合表现为两个新形成的极化激元的反交叉行为。随着耦合强度的增加，出现了一种新的模式，这是由于等离子体激元场介导的长程分子相互作用。新的，类似分子的模式排斥极化激元状态，并导致开放的能隙低于和高于渐近自由分子能量。
2012-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Higher-order topology in plasmonic kagome lattices
我们研究了一个可果美等离子体超颖表面的拓扑性质，建模与耦合偶极方法，其中自然包括延迟长程相互作用。通过对威尔逊圈的计算，证明了系统存在一个受阻原子极限相。然后，我们将等离子体纳米粒子的亚波长阵列所承载的拓扑边界模式的层次结构：一维边缘模式以及零维角模式。我们确定这些模式的鲁棒限制在亚波长尺度的光的属性，计算在边缘和角模频率的光子态的局部密度，并证明了选择性激发离域角模在拓扑腔，通过非零轨道角动量光束激发。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Regularized quasinormal modes for plasmonic resonators and open cavities
开放腔和等离子体粒子的腔模理论和分析是光学谐振腔物理学的重要组成部分，为连接经典和量子光学特性（如Purcell效应）提供了相当大的洞察力和效率。然而，获得任意形状的开放腔系统的归一化形式的耗散模式是非常困难的，通常涉及复杂的空间积分，即使在对麦克斯韦方程进行必要的全空间解之后。正式的解决方案被称为准正规模式，这是已知的发散空间，并经常需要额外的技术，以获得更准确的场表示在远场。在这项工作中，我们介绍了一种新的时域有限差分技术，可以获得归一化的准正规模式，使用一个简单的偶极激发源和逆格林函数技术，在实频率空间，而不必执行任何空间积分。此外，我们展示了这些模式是如何自然地正则化，以确保正确的场衰减行为在远场，因此可以在谐振器内外的任何位置使用。我们将这些模式称为“正则化准正规模式”，并通过研究金属纳米谐振器附近的量子偶极子发射器的广义Purcell因子，金属纳米颗粒耦合到介质波导的混合器件，以及光子晶体平板中的耦合腔波导来展示理论的可靠性和通用性。我们还直接比较我们的结果与麦克斯韦方程组的全偶极子模拟没有任何近似，并显示出良好的协议。
2018-02-16 cond-mat.mes-hall
Mode-balancing far field control of light localization in nanoantennas
光定位控制在一个等离子体纳米天线中的远场域的谐波制度中的λ/10的规模。所研究的纳米天线由3个直径为50 nm的对齐球体组成，间距为5 nm。通过简单地调整入射平面波的方向，对称和反对称模式平衡引起一个腔中的近场强度的强烈增强，同时使另一个腔中的光强度无效。此外，它表明，等离子体粒子的偶极矩可以完全熄灭时，强烈耦合的二聚体相同的纳米粒子。因此，可以在超紧凑的对称金属结构中实现光学透明性。
2010-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
