Broadband enhancement of spontaneous emission from nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds by hyperbolic metamaterials
我们实验证明了纳米金刚石中氮空位中心发射的宽带增强。通过使用具有双曲色散的多层超材料来实现增强。这种超材料是由金和氧化铝层交替堆叠而成的。我们的方法铺平了道路，建设高效的单光子源作为平面片上器件。
2013-04-24 physics.optics
Plasmon-polaritons and diffraction on the layer of asymmetric hyperbolic metamaterial
我们考虑了沿一层双曲型超材料的等离子激元在各向异性轴平面内传播，其方向任意。作为层状材料，我们使用周期性的平面层状人工介质或薄金属和电介质层的双曲超材料，并产生其均匀化。找到了快、慢、泄漏、滑动流、前向和后向等离子体激元-极化激元存在的条件，得到了任意偏振态平面波在这种结构上衍射的菲涅耳公式。计算了等离子体激元-极化激元的色散和平面波衍射。
2020-01-10 physics.optics
Hyperbolic plasmons on uniaxial metamaterials
我们分析了在半无限各向同性介质和有效单轴材料之间的界面处支持的具有双曲色散的表面电磁波。除了已知的具有双曲线色散曲线的等离子体激元类型外，有时也称为Dyakonov等离子体激元[Z. Jacob和E. E. Narimanov，APL 93，221109（2008）]，我们对具有双曲色散的两种新类型的表面波进行分类。与Dyakonov等离子体激元相反，这种波的一种类型不需要涉及双曲超材料。这些具有TE和TM电磁分量的混合偏振等离子体激元模式是定向的。其传播方向可以通过改变材料参数来控制。
2015-08-03 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Second harmonic double resonance cones in dispersive hyperbolic metamaterials
研究了双曲型超材料中二次谐波双共振锥的形成。该结构表面上的电偶极子诱导二次谐波光传播到两个不同的体积等离子体激元-极化激元通道中：一个信号在其特有的共振锥内传播;一个锁相信号被困在泵的共振锥下。超材料色散和双折射引起两个体积等离子体激元之间的大的角度发散，使这些结构的理想亚波长的第二和更高的谐波成像显微镜。
2013-05-23 physics.optics
Chalcogenide hyperbolic metamaterial with switchable negative refraction
硫系玻璃是一种特殊的材料，其在相变时显示出宽的光学特性对比度，并且被高度研究用于可重构电子和纳米光子器件。在这里，我们报告了第一个基于硫族化物玻璃的非易失性、可切换双曲超材料的概念验证演示。通过使用$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$（GST）合金作为多层纳米复合结构的组分之一，并利用其相变特性，我们展示了一种双曲超材料，其中I型双曲色散$(ε_{\perp} < 0, ε_{\parallel} > 0)$可以从近红外到可见光区域切换。这为可重构器件应用开辟了新的机会，例如成像、光学数据存储和传感。
2017-03-31 physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Feasible for Fabrication with Direct Laser Writing Processes
受激发射耗尽显微镜启发的直接激光写入（STED-DLW）工艺可以提供3D结构的衍射无限制造，这是传统电子束或光学光刻不可能的。我们提出了一种双曲超材料与STED-DLW制造。首先，我们设计了具有三种不同磁偶极子的曲折线结构，这些磁偶极子可以在不同的光入射下被激发。然后，根据垂直入射和侧向入射时对应的有效参数，我们发现五层结构在15 ~ 20 THz之间呈现双曲型色散关系。最后，我们研究了有效参数的虚部对超材料色散的影响。尽管几何各向异性，所提出的超材料结构也具有三维各向同性渗透率的潜力。
2015-04-14 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
Observation of enhanced optical spin Hall effect in a vertical hyperbolic metamaterial
双曲型超材料，即水平堆叠的金属和介质多层膜，最近被研究作为观察光学自旋霍尔效应的平台。然而，水平双曲型超材料中存在的大自旋霍尔效应伴随着极低的透射率，这阻碍了其实际应用。减小样品厚度以增加透射率会导致偏移减小。在这封信中，我们证明了一个垂直的双曲超材料可以提高几个数量级的位移相比，其水平对应的位移。在相同的材料组合和总厚度条件下，当入射角为5 °时，位移增强可达800倍以上，当入射角为1 °时，位移增强可达5000倍以上，且位移增强与入射角有关。作为概念验证，我们用纳米压印光刻法制作了一个大尺寸的金纳米光栅，并用斯托克斯偏振仪测量了螺旋度相关的位移，这与模拟结果吻合得很好。垂直双曲超材料中的巨大光学自旋霍尔效应将使包括滤波器、传感器、开关和分束器在内的光学器件的螺旋度相关控制成为可能。
2019-06-25 physics.optics
Switchable Hyperbolic Metamaterials With Magnetic Control
研究了一种可开关双曲型材料（SHM），通过磁场控制可以打开或关闭材料的双曲型色散。该结构简单，为一维周期性的介质层和旋磁层堆叠结构。旋磁层的有效磁导率为负时，旋磁材料的双曲线色散可转化为规则的圆色散，当直流磁场关闭时，旋磁材料的双曲线色散可转化为规则的圆色散。这种可切换的色散转变是可逆的，在许多领域具有巨大的潜在应用。
2012-03-06 physics.optics
Generation, amplification, frequency conversion and reversal of propagation of THz photons in nonlinear hyperbolic metamaterial
提出了一种超材料，它支持三个或更多的正常和反向电磁模式的混合物，具有相等的同向相速度和相互反向的能量通量。这使得非凡的三波混频，大大增强了光学参量放大和频率变化的纠缠光子在反射方向的产生。基于波导THz波在碳纳米管超材料中反向传播的具体例子，对这一过程进行了原理验证数值模拟。
2017-09-18 physics.optics
Second-harmonic generation from hyperbolic plasmonic nanorod metamaterial slab
双曲等离子体超材料为设计不寻常的线性和非线性光学特性提供了许多机会。我们发现，模式重叠的基本和二次谐波光在各向异性等离子体超材料板的辐射的二次谐波强度的宽带增强的结果由高达2个数量级的TM和TE偏振的基本光，相比TM偏振照明下的光滑的金膜。这些结果为设计可调谐倍频超材料提供了可能性，其目标是克服与厚非线性晶体中的经典相位匹配条件相关的限制。
2016-01-07 physics.optics
Electromagnetic Energy Density in Hyperbolic Metamaterials
推导了电磁波通过双曲型超材料时的能量密度。这两种类型的障碍进行了研究。通过将色散吸收隐马尔可夫模型看作一个有效的单轴晶体，我们发现在电磁波的影响下，I型（II型）隐马尔可夫模型在垂直于光轴和平行于光轴方向上的响应分别类似于Lorentz（Drude）和Drude（Lorentz）介质。数值算例揭示了这两种类型的阻尼器的方向相关储能容量的一般特性。
2022-03-07 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
Closed-form formulae of hyperbolic metamaterial made by stacked hole-array layers working at terahertz or microwave radiation
由堆叠的孔阵列层制成的超材料被称为渔网超材料，其在比孔阵列周期长得多的波长处表现为双曲线超材料。然而，渔网状超材料的有效参数的解析公式还没有被报道，阻碍了使用这种结构的深亚波长成像器件的设计。本文给出了一种工作在太赫兹或微波频率下的渔网状超材料的各向异性色散关系的有效参数的新的闭合公式。这些有效参数的鱼网超材料是一致的准完整的解决方案，使用已知的有效参数的孔阵列层的工作频率低于其欺骗等离子体频率与超晶格周期远小于孔阵列周期。我们还从理论上证明了使用狭缝阵列层和渔网超材料的复合结构在λ/83处的深亚波长聚焦。结果表明，在鱼网超材料内部的聚焦光强比无鱼网超材料时的聚焦光强大几倍，但透射光强仍然受到空气和鱼网超材料中较大的波矢差的限制。我们的有效参数可以帮助下一代深亚波长成像器件工作在太赫兹或微波辐射。
2017-04-12 physics.optics
Super-Planckian far-zone thermal emission from asymmetric hyperbolic metamaterials
在本文中，我们证明了非对称双曲型超材料（AHM）可以在远场区产生超过普朗克极限的强方向性热辐射。非对称性是单轴介质中固有的，其光轴相对于介质界面倾斜，并且表现为相对于界面向上和向下传播的波的性质的差异。众所周知，在通常的双曲型超材料中，某些光子会发生高态密度（DOS），但在真空中，它们的发射会通过全内反射而保持较小的数量。然而，AHM的使用增强了AHM中的波与自由空间中的波的耦合效率，这导致在某些方向上的超普朗克远场热发射。不同的等离子体超材料可用于实现AHM。作为例子，从AHM的热发射，基于石墨烯多层膜，进行了讨论。
2014-02-14 physics.optics
Design and Numerical Analysis of Hyperbolic Metamaterial Based Ultrasensitive E. Coli Sensor
本文提出一种基于Ag-Al2O3双曲超材料的超灵敏E. Coli传感器，利用时域有限差分法分析，在可见至近红外波段实现9000 nm/bacteria的极高灵敏度，适用于宽波段无标记检测。
2023-11-27 physics.optics
The effectiveness of thin films in lieu of hyperbolic metamaterials in the near field
我们表明，近场功能的双曲型超材料（HMM），通常提出增加光子局域态密度（LDOS），可以实现与薄金属膜。虽然阻碍有无限密度的内部传播的平面波状态，外部耦合到附近的发射器受到严格限制。我们分析表明，适当设计的薄膜，厚度相当于金属尺寸的双曲线超材料，产生的LDOS高达（如果不高于）的HALF。我们说明了这些想法，通过执行精确的数值计算的LDOS的多层阻碍，以及他们的应用程序的问题，最大限度地提高近场热传递，显示薄膜是合适的替代品，在这两种情况下。
2014-01-29 physics.optics
Liquid crystal hyperbolic metamaterial for wide-angle negative-positive refraction and reflection
我们发现，纳米球分散液晶（NDLC）的超材料可以在近红外光谱区作为一个不确定的介质，其有效的正常和非常的折射率的实部是相反的符号。基于这一事实，我们设计了一种新颖的电光效应：外电场驱动TM入射电磁波在边界真空/NDLC中的正折射、负折射和反射之间的开关。基于有效介质理论，结合各向异性异向介质中负折射现象的研究和有限元模拟，对其功能进行了详细的分析。
2014-01-08 physics.optics
Tunable THz generation and enhanced nonlinear effects with active and passive graphene hyperbolic metamaterials
由于石墨烯与入射光之间的弱光物质相互作用，石墨烯的活性和非线性性质受到限制。在这项工作中，我们提出了增强的非线性效应在低太赫兹（THz）范围内通过设计一种新的图案化石墨烯双曲超材料（GHMM）。更具体地说，它表明，三次谐波产生（THG）可以显着增强所提出的GHMM由于在共振场的增强，以及支持慢光响应，促进强轻物质相互作用。
2020-03-03 physics.optics
Flexible but Refractory Single-Crystalline Hyperbolic Metamaterials
本研究通过磁控溅射在柔性云母基底上沉积难熔氮化物超晶格，成功制备出柔性单晶双曲超材料，其在可见至近红外波段具有低损耗、高优值的双频带双曲色散，且在加热和弯曲下保持优异稳定性，为高性能柔性光电器件提供了可扩展的制备途径。
2023-04-26 physics.optics
Strong coupling in semiconductor hyperbolic metamaterials
基于半导体的层状双曲超材料（HHPM）在红外光谱范围内具有高波矢体积等离子体激元（VPP）模式。通过增强的Purcell效应，在弱耦合区成功地利用了VPP模式。在本文中，我们实验证明了半导体隐马尔可夫模型中的VPP模式与外延嵌入量子阱的子带间跃迁之间的强耦合。我们观察到明确的anticrossings的零阶，第一，第二，和第三阶VPP模式的色散曲线，导致每个模式的上，下极化激元分支。该演示为将HPLC-IR与嵌入式外延发射器或检测器结构相结合创建新型红外光电结构奠定了基础。
2021-11-12 physics.optics
Hyperbolic metamaterial as a tunable near-field spatial filter for the implementation of the active plasmon injection loss compensation scheme
我们提出了如何物理实现的辅助源中描述的最近推出的主动等离子体激元注入损耗补偿方案增强近场超透镜。特别是，我们表明，在主动等离子体激元注入方案中描述的辅助源的特性，包括可调谐窄带和选择性放大，通过卷积可以实现通过使用双曲超材料作为近场空间滤波器。除了损失补偿，建议的近场空间滤波器可以用于实时高分辨率边缘检测。
2017-10-26 physics.optics
Photonic band-gap engineering for volume plasmon polaritons in multiscale multilayer hyperbolic metamaterials
本文从理论上研究了大波矢波（体等离子体激元）在具有两层结构的多层双曲型超材料中的传播。我们表明，当一个亚波长的金属-电介质多层（“子结构”）的参数调制（“超结构”）在一个更大的波长尺度上，所产生的多尺度双曲型超材料中的体等离子体激元的传播受到光子带隙现象。通过改变超结构的几何形状，可以对这种等离子体激元进行很大程度的控制。当这种几何形状是周期性的时，由于布拉格反射而在体等离子体带内形成阻带。当在另外的周期性超结构中引入腔层时，法布里-珀罗性质的共振峰存在于阻带内。更复杂的上部结构的几何形状也被认为是。例如，分形Cantor类多尺度超材料被发现在体积等离子体带中表现出特征性的自相似光谱特征。多尺度双曲型超材料被证明是一个有前途的平台，大波矢体等离子体波，无论是被认为是作为一种新的信息载体或远场亚波长成像。
2014-04-17 physics.optics
Light extraction from high-k modes in a hyperbolic metamaterial
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HAMTS）由于具有宽带调控光子态密度和亚波长光限域的能力，近年来引起了人们的广泛关注。这些特殊的属性出现由于高动量（高k模式）的电磁状态的激发。然而，阻碍实际应用的主要障碍是难以将光从这些模式中耦合出来，因为它们在超材料的表面变得渐逝。在这里，我们报告的第一个演示的高k模式的出耦合在一个有源HMM使用高折射率对比度牛眼光栅。嵌入超材料内部的量子点用于高k模式的局部激发。这种嵌入HMM中的量子点的光耦合输出的演示可以为使用这些系统开发实用的光子器件铺平道路。
2014-08-22 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
Photonic spin Hall effect in hyperbolic metamaterials at visible
传输中的光子自旋霍尔效应是取决于入射光束的偏振的出射光束的横向光束移位。具有高各向异性的材料可以显著增强这种效果。我们报告的第一个实验演示的光子自旋霍尔效应在多层双曲形超材料在可见光波长（波长为520 nm和633 nm）。该超材料由金和氧化铝交替层组成，具有深亚波长厚度，表现出极大的各向异性。角分辨偏振测量显示对于厚度为176 nm的超材料的165 $μm$的偏移。另外，横向光束偏移对入射角的变化极其敏感，理论上入射角变化为270个具有一毫弧度的$μm$（$0.057^\circ$）。这些特征可以导致具有高角分辨率的小型化自旋霍尔开关和滤波器。
2018-07-10 physics.optics
Directional out-coupling from active hyperbolic metamaterials
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HAMTS）由于具有宽带调控光子态密度和亚波长光限域的能力，近年来引起了人们的广泛关注。然而，一个主要的困难出现与光的耦合出的阻碍，由于强限制的电磁场的状态与高动量称为高k模式，成为渐逝的结构外。在这里，我们报告的第一个演示的方向耦合的光从高k模式在一个有源HMM使用高折射率牛眼光栅。嵌入超材料下方的量子点（QD）通过共振锥的传播和耦合输出显示出高度定向的发射，这是双曲介质的独特特征。这种有效的光耦合出有源HPLOIS的演示可以为使用这些系统开发实用的光子器件铺平道路。
2014-04-06 physics.optics
Selective Radiative Heating of Nanostructures Using Hyperbolic Metamaterials
提出利用环形透明双曲超材料调控等离激元共振角模式，实现亚波长纳米线间的选择性辐射加热，可用于辐射热管理。
2014-12-16 physics.optics
Conical diffraction and the dispersion surface of hyperbolic metamaterials
双曲超材料是其中至少一个主介电常数为负的材料。我们描述的折射率表面，并由此产生的折射效应，双轴双曲超材料，与主介电常数$ε_1<0$，$0<ε_2\neqε_3$。在这种一般情况下，折射率表面的两个片相交形成圆锥奇点。我们推导出这些材料中圆锥折射的射线描述，并表明它在拓扑上和定量上不同于传统双轴材料中的圆锥折射。我们还发展了一个波动光学的描述，这使我们能够获得衍射图案形成的任意光束入射接近光轴。由此产生的图案缺乏圆对称性，因此与常规的正折射率材料中获得的图案有质的不同。
2014-07-04 physics.optics
True thermal antenna with hyperbolic metamaterials
热天线是在其周围发射红外频率范围内的空间相干场的电磁源。通常，它的发射模式随波长变化，因此它辐射的热通量是弱方向性的。在这里，我们表明，一类双曲材料，具有布鲁斯特角是弱依赖于波长，使他们可以像一个真正的热天线辐射具有高度方向性的热通量。这些热源的实现为远场热管理领域开辟了一条新的途径。
2016-08-30 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials: From Dispersion Manipulation to Application
操纵等频轮廓线（IFC）的性质将为光与物质的相互作用提供有力的控制。重要的是，双曲型异向介质（Hysteresis），一类具有双曲IFC的人工各向异性材料已被深入研究。由于开放的色散曲线，Hyndrome支持传播高k模式，并具有增强的光子态密度。因此，利用HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC-HPLC还讨论了半导体和HMM为基础的结构，如超晶体的色散操纵。本教程中给出了理论方法和实验平台。最后介绍了双曲型色散的一些潜在应用
2019-09-23 physics.optics
Super-Planckian Near-Field Thermal Emission with Phonon-Polaritonic Hyperbolic Metamaterials
本文利用精确的S矩阵计算方法研究了多层双曲型超材料的超普朗克近场热交换。我们研究了两个多层双曲型超材料结构之间的热交换。我们表明，这种超材料的超普朗克发射可以来自表面声子极化激元模式的存在下，或从一个连续的双曲模式取决于复合材料的选择以及结构配置。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiative Emission Enhancement Using Nano-antennas Made of Hyperbolic Metamaterial Resonators
分析了双曲型超材料谐振器作为纳米天线用于增强其附近量子发射体的辐射发射。已经表明，由于非常大的态密度，双曲超材料衬底附近的发射器的自发发射率显著增强。然而，增强耦合到自由空间，这是中央的应用，如固态照明，还没有得到显着的研究。在这里，我们用数值方法证明了在660 nm波长处的自由空间辐射发射的大约100倍的增强，通过利用圆柱形HM谐振器，其半径为54 nm，高度为80 nm，在不透明的银包覆衬底的顶部上。我们还展示了如何自由空间辐射增强因子取决于偶极子的方向和发射器附近的亚波长谐振器的位置。此外，我们还计算了亚波长间距的HM谐振器阵列可以保持单个谐振器的大部分增强效果。
2014-08-14 physics.optics
Giant Transverse Optical Forces in Nanoscale Slot Waveguides of Hyperbolic Metamaterials
在这里，我们证明了巨大的横向光学力可以在双曲型超材料的纳米尺度槽波导中产生，由于纳米尺度光场增强和空气槽区域内的极端光能压缩，与传统硅槽波导中产生的力相比，具有两个以上的数量级。数值模拟和解析处理进行研究的光力的波导的几何形状和超材料的介电常数张量的依赖关系，包括吸引力的对称模式和排斥力的反对称模式的光。横向光学力的显著增强是由于两个超材料波导之间的强光模耦合强度，这可以用耦合模理论推导出的显式关系来解释。对实际金属-介质多层膜结构的计算表明，所预言的巨大光动力在实验上是可以实现的，这将为纳米尺度的光机械应用，如光纳机电系统、光传感器和光致动器等打开大门。
2012-06-11 physics.optics
Nano-scale tunable optical binding mediated by hyperbolic metamaterials
精心设计的纳米结构可以激发新型的光机械相互作用，并允许超越经典衍射光学元件的限制。除了强的近场定位，纳米结构的环境允许控制散射通道，并可能定制多体相互作用。在这里，我们调查的光学绑定的效果，其中几个粒子表现出集体的机械行为聚束在一起的光场。与经典的结合，其中粒子之间的分离距离是衍射限制，一个辅助双曲元表面在这里示出，通过引入几个可控的近场相互作用通道来打破这一障碍。双曲超材料的强材料色散以及其支持的光学模式的高空间限制允许实现优异的调谐能力和对纳米尺度上的结合距离的有效控制。此外，由于来自衬底的体积模式的多次反射，与自由空间场景相比，仔细选择超材料板厚度能够使光学结合距离减小几个数量级。辅助可调超材料，它允许控制集体光机械相互作用的纳米尺度上，打开了一个新的研究，包括集体纳米流体相互作用，触发生物化学反应和许多其他的场所。
2019-09-26 physics.optics
Two-color all-optical switching in Si-compatible epsilon-near-zero hyperbolic metamaterials
本文提出一种硅兼容的介电常数近零双曲超材料，实现可见与近红外双波长超快全光开关，开关时间达数百飞秒，可应用于太赫兹调制。
2023-05-11 physics.optics
Analogue quantum gravity in hyperbolic metamaterials
众所周知，双曲型超材料中的异常光子可以被描述为生活在有效闵可夫斯基时空中，这是由这些超材料中的强各向异性介电张量的特殊形式定义的。在这里，我们证明了在这种近似的范围内，双曲超材料中的声波看起来类似于引力波，因此量子化的声波（声子）看起来类似于引力子。这种量子引力的模拟模型在双曲型超材料的相变附近看起来特别有趣，在那里，可以根据超材料温度来开关量子引力效应。我们还预测了强增强的声致发光的铁磁流体为基础的双曲型超材料，这看起来类似于强引力场中的粒子创建。
2022-04-12 gr-qc physics.optics
Enhancement of Coulomb blockade in epsilon near zero and hyperbolic metamaterials
超材料中电荷的库仑相互作用可以通过其有效介电响应函数来表示。库仑相互作用在人工设计的近零折射率（ENZ）和双曲超材料中出现了显著增强。事实上，最近观察到负ENZ条件通过增强库珀配对来增强复合超材料的超导性质。在这里，我们证明了正ENZ条件增强了电荷的库仑排斥，从而大大增强了这种超材料的库仑阻塞效应。与高温超导铜氧化物类似，在双曲型超材料中，超导性和库仑阻塞诱导的电荷有序性被预测为相互竞争。
2017-09-25 cond-mat.supr-con physics.optics
Broadband Enhancement of On-chip Single Photon Extraction via Tilted Hyperbolic Metamaterials
片上量子光子学的基本构建块是具有高重复率的单光子源，其可以实现诸如高速量子通信和量子信息处理的许多应用。理想地，这样的单光子源然后将需要在宽光谱范围内的大的芯片上光子提取衰减率，即耦合到纳米纤维或波导中的激发光子的速率。然而，这一目标迄今为止仍然遥不可及。在这里，我们提出了一个可行的方案，以提高片上的光子提取量子发射器的衰减率，通过倾斜的双曲型超材料的光轴相对于纳米纤维的端面。重要的是，所揭示的方案适用于宽光谱范围内的任意取向的量子发射器，例如，对于可见光，高达~80 nm。基础物理学依赖于双曲超材料的独特特性，如果它们的光轴是明智的倾斜。也就是说，它们支持的高k（即，波矢量）双曲本征模（如果它们的光轴不倾斜，则它们被固有地限制在它们内部）现在可以变得与纳米纤维的导模动量匹配，并且更重要的是，它们可以几乎没有反射地安全地耦合到纳米纤维中。
2020-03-31 physics.optics
Virtual Black Holes in Hyperbolic Metamaterials
电磁超材料中的光学空间可以被设计成模拟各种奇异的时空几何形状。然而，这些超材料模型在许多方面受到限制。人们相信真实的物理时空在普朗克尺度上强烈波动。这些波动通常被描述为虚黑洞。迄今为止介绍的静态超材料模型没有表现出类似的行为。在这里，我们证明了双曲型超材料中光学空间的热涨落导致虚电磁黑洞的产生。如果超材料的介电组分表现出临界乳光，则该效应非常大。
2011-01-24 gr-qc physics.optics
Tunable hyperbolic metamaterial cavity towards few exciton strong coupling
从理论上研究了双曲型超材料（HMM）腔中分子激子与回音壁模（WGM）的耦合相互作用，该腔由多层金属和电介质交替包裹的介质芯组成，其耦合作用接近单激子强耦合的极限。我们证明，与回音壁模式的激发，电场的谐振波长，远大于腔的大小可以高度本地化的电介质层内，导致极小的模式体积。通过使用时间耦合模理论来模拟所提出的WGM-激子系统中的相互作用，我们能够证明分子激子和双曲腔WGM之间的耦合可以达到强耦合制度。此外，我们还证明了改变内核和最外层的厚度可以导致不变的共振频率，而满足强耦合标准的耦合激子的阈值数量在各种可调HMM腔中保持~ 4。
2017-11-16 physics.optics
Nano-Focusing of Vortex Beams with Hyperbolic Metamaterials
本文利用双曲超材料中的高面内波数模式实现涡旋光束的亚衍射极限聚焦，并通过自旋-轨道相互作用形成深亚波长光学斯格明子，为纳米尺度光与物质相互作用研究开辟新途径。
2024-06-07 physics.optics
Constructing Hyperbolic Metamaterials with Arbitrary Medium
双曲型超材料的最新进展在控制光传播领域取得了许多突破。然而，不寻常的电磁特性也对其组成材料提出了极高的要求。受天然材料有限的相对介电常数的限制，构造的双曲型超材料的有效介电常数也被限制在一个狭窄的范围内。基于结构诱导欺骗表面等离子体激元的概念，我们证明了可以选择任意材料来构造具有独立的相对有效介电常数分量的双曲型超材料.此外，相对有效介电常数分量的理论可实现范围是无限的。作为该方法的证明，设计了三种新型的双曲型超材料，并通过特定方向的传播对它们的功能进行了数值和实验验证。为了进一步说明该方法的优越性，提出了一种全金属低损耗双曲型超材料填充空气，并进行了演示。该方法有效地降低了双曲型超材料的设计要求，为微波和太赫兹聚焦、超分辨率成像、电磁隐身等需要大介电常数覆盖的场景提供了新的思路。
2020-11-17 physics.app-ph physics.optics
Pushing the feature size down to 11 nm by interference photolithography with hyperbolic metamaterials under conventional UV light source
受成本和复杂度的限制，传统的干涉光刻技术很难实现超分辨光刻。我们在这里开发了等离子体干涉光刻技术，通过使用双曲型超材料（HALF）/光刻胶/金属等离子体波导，将特征尺寸理论上推低至16 nm，甚至在365 nm波长下的TM偏振下推低至11 nm。该波导可以支持高k模的超分辨光刻。此外，所提出的光刻结构中支持的等离子体激元模式可以通过HMM的尺寸和材料的介电常数来定制，这使得在常规UV光下获得更高分辨率的图案成为可能。我们的研究结果开辟了一条途径，推动纳米光刻节点向10 nm的低成本和大面积制造在传统的紫外光源。
2022-09-06 physics.optics
Topological insulator-based Dirac hyperbolic metamaterial with large mode indices
双曲型超材料（Hyperbolic Metamaterials，简称HHMF）是一种具有双曲型等轴表面的工程材料，能够实现一系列新的现象和应用，包括负折射、增强传感、亚衍射成像、聚焦和波导。由于其组成材料的固有性质，现有的HISTORY主要在可见光和红外光谱范围内工作。在这里，我们展示了太赫兹范围的狄拉克HMM使用拓扑绝缘体（TI）作为积木。我们发现，该结构的房屋高达三个高波矢体积等离子体激元（VPP）模式，与传输矩阵建模一致。VPP具有范围从126到531的模式指数，比在传统介质中观察到的VPP模式大10- 100倍，同时保持相当的品质因数。我们将这些性质归因于占据拓扑绝缘体表面态的电子的二维狄拉克性质。由于这些是范德华材料，这些结构可以在各种衬底上以晶片规模生长，使它们能够与现有的THz结构集成，并实现下一代THz光学器件。
2022-09-17 physics.optics
Tunable anisotropic perfect absorption in hyperbolic metamaterials based on black phosphorous/dielectric multilayer structures
黑磷（BP）是一种具有优异光学性能的二维材料，是多层双曲型超材料的理想组成部分。在这项工作中，我们设计了一个多层结构，由BP/电介质层堆叠的单位细胞图案上的金镜，并从理论上证明了可调谐的各向异性吸收在红外制度。相邻晶胞之间的电偶极共振驱动该结构处于临界耦合状态，并且该结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，显示出对于一个偏振方向的完美吸收，而对于另一个偏振方向的阻抗失配导致在相同波长处仅为8.2 $\%$吸收。该结构的各向异性吸收响应可以归因于BP的固有各向异性，其表现出对入射角的依赖性很小。此外，我们研究了电子掺杂的BP和几何参数的建议结构的可调谐光吸收。这些结果表明BP在构建多层双曲型超材料方面具有巨大的潜力，并为设计在红外区域具有可调谐光谱和偏振选择性的各向异性元器件开辟了途径。
2019-11-04 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials
双曲型超材料最初被引入以克服光学成像的衍射极限。此后不久，人们意识到双曲型超材料展示了许多新颖的现象，这些现象是由它们的光子态密度的宽带奇异行为引起的。这些新的现象和应用包括超分辨率成像，新的隐身技术，增强的量子电动力学效应，热超导，超导和有趣的引力理论类似物。在这里，我们简要回顾了典型的材料系统，表现出双曲线的行为和概述双曲超材料的重要应用。
2015-10-24 cond-mat.mtrl-sci gr-qc physics.optics
Experimental observation of effective gravity and two times physics in ferrofluid-based hyperbolic metamaterials
最近有人提出，双曲型超材料中的异常光波表现出两次物理行为（Phys. Rev. Lett. 105，067402，2010）。通过对铁/钴基双曲型超材料的类重力非线性光学的研究，我们在实验上观察到了这种效应。除了传统的时间坐标外，沿超材料光轴方向的空间坐标也表现出类时特性，这导致了这些系统中非常不寻常的二次物理行为。
2020-08-20 gr-qc physics.optics
Optical Magnetism in Planar Metamaterial Heterostructures
利用人工光学磁性需要相当复杂的二维和三维结构，例如分裂环和渔网超材料以及具有非平凡磁性的纳米颗粒。相比之下，即使在平面和无图案的一维（1D）布置中，例如金属/电介质多层超材料，也可以定制介电性质。这些系统由于其双曲线和等离子体响应而被广泛研究，然而，基于它们不具有有趣的磁性的普遍共识，这被认为仅限于TM偏振。在这项工作中，我们同时解决这两个看似无关的问题，通过概念性地提出并实验性地证明平面一维超材料中的人工磁性机制。我们的实验表明，金属/高折射率介电双曲超材料的磁响应可以是各向异性的，导致磁双曲色散的频率制度。我们调查我们的结果TE极化的影响，并表明，这样的系统可以支持TE界面结合态，类似于他们的TM同行，表面等离子体激元。我们的研究结果简化了结构的复杂性定制人工磁性光刻免费系统和推广的概念，等离子体和双曲性质，包括TE和TM偏振在光频率。
2017-05-06 physics.optics
Ultra-Broadband Super-Planckian Radiative Heat Transfer with Artificial Continuum Cavity States in Patterned Hyperbolic Metamaterial
材料表面纳米结构引起的局域腔共振可以极大地增强两个相邻物体之间的辐射热传递（RHT），这是由于腔态在动量空间中的拉伸超过了光线。基于这样的理解，我们用数值方法证明了在两个由椭圆形双曲超材料（HMM）阵列图案化的平板之间实现超宽带超普朗克RHT的可能性。这种现象不仅源于HMM用于创建亚波长谐振器的高有效折射率，而且还源于其极其各向异性的等容曲线。这两个属性使得能够创建具有高光谱密度的光子带以填充期望的热辐射窗口。在这种两个板之间的亚微米间隙尺寸下，人工连续态延伸到光锥之外，极大地增加了整体RHT。我们的研究表明，结构HMM提供了前所未有的潜力，在实现可控的超普朗克辐射热传递的热管理在纳米级。
2017-03-31 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials and Coupled Surface Plasmon Polaritons: comparative analysis
本文采用Kronig Penney（KP）模型研究了亚波长金属/介质层状结构（又称双曲型超材料）的光学特性。我们发现，双曲Issues表面存在的所有组合层的折射率和厚度，和最大的Purcell增强（PE）的自发辐射实现远离名义上的双曲区域。通过对金属/介质波导中的Hsps和表面等离子体激元（SPPs）导模的场分布、色散曲线和Purcell因子（PF）的详细比较，表明Hsps是弱耦合的间隙或平板SPPs模。宽带PE并不特定于阻碍，并且可以在单个薄金属层中容易地获得。此外，大的波矢和PE总是与高损耗、短的传播距离和大的阻抗相结合;因此，HPLC-PE本质上是能量直接耦合到金属中的自由电子运动中，或辐射寿命的猝灭。PE在Hyndrome是不相关的双曲性本身，但仅仅是在金属或极性介质中的介电常数的强色散的结果，因为我们的结论是相关的也发生在自然界中的红外Hyndrome。当涉及到辐射过程和场浓度的增强时，阻碍并不比更简单的等离子体结构优越。
2016-09-08 physics.optics
Enhancement of Electromagnetically Induced Transparency in Metamaterials Using Long Range Coupling Mediated by a Hyperbolic Material
近场耦合是一种基本的物理效应，在建立电磁感应透明（EIT）的经典模型中起着重要的作用。然而，在正常环境中，由于近场的指数衰减特性，亮和暗人工原子之间的耦合长度非常短，远小于一个波长。在这项工作中，我们报告的实现远距离EIT，通过使用双曲型超材料（HMM），它可以转换成高k传播波的近场，以克服在长距离弱耦合的问题。仿真和实验结果都表明，在隐马尔可夫模型的辅助下，耦合长度可以提高近两个数量级。这种长距离EIT在包括传感器、检测器、开关、长距离能量传递等的各种应用中可能非常有用。
2018-01-19 physics.optics
Broadband super-Planckian thermal emission from hyperbolic metamaterials
我们发展了具有双曲色散的超材料的涨落电动力学，并证明了在近场存在超过黑体极限的宽带热辐射。这是由于独特的大块超材料模式的热激发而产生的，这在传统介质中不会发生。我们考虑一个实际实现的双曲超材料和估计的效果将是可观察的超材料状态的特征色散（拓扑转换）。我们的工作为利用超材料实现近场热发射的工程化铺平了道路。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
