Visualizing plasmon-exciton polaritons at the nanoscale using electron microscopy
极化激元是一种组成轻物质的准粒子，最近在量子和非线性光学以及材料科学方面取得了重大突破。然而，尽管取得了巨大的进展，直接在纳米尺度上观察极化激元仍然是一个公开的挑战。在这里，我们表明，等离子激元激子极化激元，或plexcitons，由一个单独的银纳米粒子和几层过渡金属dichalcogenide组成的混合系统产生的光谱可以映射与纳米空间分辨率使用电子能量损失谱在扫描透射电子显微镜。我们的实验揭示了有关耦合过程的重要见解，迄今为止还没有报道。这些包括拉比分裂和等离子体激子失谐的纳米级变化，以及吸收为主的消光信号，这反过来又提供了强耦合制度中的等离子体激子杂交的最终证据。这些发现为深入研究具有纳米空间分辨率的极化激元相关现象开辟了新的可能性。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dual-band coupling between nanoscale polaritons and vibrational and electronic excitations in molecules
提出一种极化激元纳米谐振器，在可见和中红外频段同时实现表面等离激元极化激元与激子、声子极化激元与分子振动的双频段强耦合，为操控材料性质提供新途径。
2023-02-28 physics.optics
Twisted Nano-optics: Manipulating Light at the Nanoscale with Twisted Phonon Polaritonic Slabs
最近的发现表明，当两层范德华（vdW）材料叠加在一起时，它们各自的面内主轴之间的相对扭转角，耦合系统的电子性质可以显着改变。在这里，我们证明了一个类似的概念可以扩展到光学领域，特别是传播极化激元，混合光-物质相互作用。要做到这一点，我们制造的堆叠组成的两个扭曲的平板的极性vdW晶体（MoO 3）支持低损耗各向异性声子极化激元（PhPs），和图像的传播时，后者发射的本地化源（金属天线）。我们的图像显示，在一个临界角的PhPs的iscurve曲线（确定在一个固定的频率的PhPs动量）经历了一个拓扑转变。值得注意的是，在这个角度下，PhP的传播沿着预定的方向（渠化区域）被强烈引导，而没有几何扩散（无衍射）。这些结果证明了一个新的自由度（扭转角），用于控制在纳米尺度的极化激元的传播与纳米成像，（生物）传感，量子应用和热管理的潜力。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale-confined Terahertz Polaritons in a van der Waals Crystal
电磁场限制对于纳米光子技术至关重要，因为它允许增强光-物质相互作用，从而实现深亚波长尺度的光操纵。在太赫兹（THz）光谱范围内，辐射限制通常是通过特殊设计的金属结构（如天线或纳米缝）实现的，由于太赫兹辐射的波长相当长，因此具有较大的占地面积。在这种情况下，范德华（vdW）晶体中的声子极化激元-光耦合到晶格振动-已经成为控制超过衍射极限的光的有前途的解决方案，因为它们具有极端的场约束和低光学损耗。然而，在太赫兹频率的纳米尺度限制的声子极化激元的实验演示至今仍然难以捉摸。在这里，我们提供了它通过采用散射型扫描近场光学显微镜（S-SNOM）结合自由电子激光（FEL），揭示了一系列的低损耗极化激元激发频率从8至12太赫兹的VDW半导体$α-MoO_3$。我们可视化太赫兹极化激元与i）面内双曲色散，ii）极端纳米级场约束（低于$λ_o/75$）和iii）长极化激元寿命，下限> 2 ps。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Launching of Visible-Range Hyperbolic Polaritons by Gold Nanoantennas in a natural van der Waals crystal
Donostia International Physics Center (DIPC)（多诺西亚国际物理中心）；Department of Physics, University of Oviedo（奥维耶多大学物理系）；Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU)（巴斯克地区大学）；Center of Research on Nanomaterials and Nanotechnology, CINN (CSIC–Universidad de Oviedo)（纳米材料与纳米技术中心，CINN（西班牙国家研究委员会-奥维耶多大学））；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯科奎，巴斯克科学基金会）
利用金纳米天线在MoOCl₂中发射可见波段各向异性极子，实现强电磁场限制和可控的光信号处理。
2026-02-09 physics.optics
Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons
负折射提供了一个有吸引力的平台，操纵中红外和太赫兹辐射的分子传感和热辐射的应用。然而，其基于可用的超材料和等离子体介质的实现提出了与光学损耗、有限的空间限制以及在该光谱范围内缺乏主动可调谐性相关的挑战。在这里，我们证明了门可调负折射在中红外频率使用混合拓扑极化激元在范德华异质结构与高空间限制。我们实验可视化广角负折射表面极化激元的α-MoO 3薄膜部分装饰有石墨烯，经历平面纳米级聚焦到1.6%的自由空间波长。我们的原子厚异质结构通过避免折射界面处的散射损耗而优于传统的体材料，同时通过电选通实现主动可调谐性。我们提出极化激元负折射作为一个有前途的平台，红外应用，如电调谐超分辨率成像，纳米级热操纵，和分子传感。
2022-10-13 physics.optics
Super-resolution imaging of nanoscale inhomogeneities in hBN-covered and encapsulated few-layer graphene
本文利用hBN双曲声子极化激元与石墨烯等离激元耦合的超透镜效应，实现了hBN覆盖三层及封装四层石墨烯中亚衍射尺寸不均匀性的超分辨放大成像，并证实极化激元色散具有堆叠依赖性。
2024-07-08 physics.optics
Negative reflection and negative refraction in biaxial van der Waals materials
负反射和负折射是可以通过诸如双负超材料、双曲超材料和相位不连续超表面等平台实现的奇异现象。近年来，天然双轴范德华（vdW）材料，支持极端各向异性，低损耗，和高度限制的极化激元从红外到可见光区，正在成为有前途的候选人，平面反射和折射光学。在这里，我们引入三个自由度，即界面，晶体方向，和电调谐操纵的反射和折射的极化激元。由于界面和晶向的作用，面内对称性破缺，使得负反射和后向反射、正折射和负折射等反射和折射现象同时存在，并表现出很高的可调谐性。数值模拟结果与理论分析吻合较好。我们的研究结果提供了一个强大的配方实现负反射和折射的双轴vdW材料，铺平了道路的极化激元和界面纳米光学。
2022-04-23 physics.optics
Surface plasmon-polaritons in deformed graphene excited by attenuated total internal reflection
本文采用衰减全反射方法研究了形变石墨烯中表面等离子体激元的激发。我们考虑了石墨烯中SPPs激发的Otto几何。SPPs激发的效率强烈地依赖于SPPs的传播方向。SPP的最有效激发的频率和入射角强烈地依赖于入射光的偏振。我们的研究结果可能会打开新的可能性，在纳米尺度上的光的应变诱导成型流。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enabling propagation of anisotropic polaritons along forbidden directions via a topological transition
University of Oviedo（奥维耶多大学）；Center of Research on Nanomaterials and Nanotechnology, CINN (CSIC-Universidad de Oviedo)（纳米材料与纳米技术研究中心，CINN（西班牙国家研究委员会-奥维耶多大学））；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基克，巴斯克科学基金会）
通过拓扑转变使vdW晶体中的极子沿禁阻方向传播，实现低损耗纳米尺度能量流控制。
2021-03-16 physics.optics
Nanoscale engineering of optical strong coupling inside metals
当材料激发强烈耦合到光学模式时，就会出现光学极化激元。分子跃迁和光学腔之间的这种强耦合导致了改变化学物质基本性质的深远机会。最近，一个令人兴奋的前景出现了无腔极化激元的物质维持其几何光学模式。在这里，我们展示了如何强耦合的带间跃迁和表面等离子体可以在纳米级的镍工程实现金属内的无腔光学极化激元。使用电子能量损失谱，我们表明，在薄膜和纳米天线的传播和辐射损失的结果在加宽的等离子体激元线宽和从强到弱的耦合过渡。此外，高阶等离子体激元共振耦合到带间跃迁，并且多极耦合态获得等离子体激元的场分布。我们的研究结果提供了一个基本的理解等离子体带间耦合的金属和不可预见的光催化和磁光纳米系统的设计奠定了基础。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spatiotemporal Visualization of Long-Range Anisotropic Plasmon Polaritons in Hyperbolic MoOCl2
The University of Chicago（芝加哥大学）；James Franck Institute, The University of Chicago（詹姆斯·弗兰克研究所，芝加哥大学）；Department of Chemistry, The University of Chicago（化学系，芝加哥大学）；Department of Physics, The University of Chicago（物理系，芝加哥大学）
研究通过时间分辨光电发射电子显微镜可视化MoOCl₂中长程各向异性等离子体极化子的动态，发现其传播长度和损耗特性优于短程极化子，展示了其在集成纳米光子学中的应用潜力。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-angle negative refraction of highly squeezed plasmon and phonon polaritons in graphene-boron nitride heterostructures
纳米光子学的一个基本组成部分是实现极化激元负折射的能力，因为这可以证明许多独特的纳米级应用，如深亚波长成像，超透镜和新的指导。然而，为了实现高度压缩的极化激元的负折射，例如石墨烯中的等离子体激元和氮化硼（BN）中的声子极化激元，其波长被压缩超过100倍，需要能够随意翻转其群速度的符号，这是具有挑战性的。在这里，我们揭示了石墨烯-BN异质结构中的等离子体激元和声子极化激元之间的强耦合可以用于翻转所产生的混合（等离子体激元-声子-极化激元）模式的群速度的符号。我们预测了等离子体激元和声子极化激元之间的全角度负折射，更令人惊讶的是，混合石墨烯等离子体激元之间，以及混合声子极化激元之间。因此，石墨烯-BN异质结构为纳米超颖表面和纳米成像元件的设计提供了通用平台。
2017-06-15 physics.optics
Ultrafast Nano-Imaging and Optical Control of Hyperbolic Phonon Polaritons at hBN/WS$_2$ Heterojunctions
Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所分子科学研究所）；Department of Physics and Electronics, Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学工学研究科物理电子学专业）；The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI（日本高级研究院）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（国立材料研究所物质结构纳米构造研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（国立材料研究所电子光学材料研究中心）；Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）
研究通过超快红外扫描近场光学显微镜直接观测WS₂/hBN异质结构中由局部光载流子生成引起的超声极化子瞬态调制，实现了纳米级和飞秒级空间时间分辨率及精细光谱选择性，揭示了WS₂中的光载流子对hBN中超声极化子场振幅和波长的调控，并通过理论模拟验证了这些变化源于WS₂介电性质的光诱导变化。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Planar nano-optics in anisotropic media: anomalous refraction and diffraction-free lensing of highly confined polaritons
作为最基本的光学现象之一，各向同性介质之间的折射的特征在于光在从低折射率介质到高折射率介质时朝向边界的法线弯曲。然而，在各向异性介质中，折射是一种更加奇特的现象。两种各向异性介质之间折射的最一般情况尚未探索，特别是在自然介质和纳米尺度下。在这里，我们可视化和全面研究两个强各向异性（双曲）介质之间的电磁波的折射，而且，重要的是，我们这样做的使用局限于纳米级的极化激元在低损耗的天然介质，α-MoO 3。我们的图像显示在一般情况下，其中的传播方向和波矢不共线的极化激元的折射。当它们穿过在α-MoO 3中定制的平面纳米棱镜时，折射极化激元表现出非直观的传播方向，使我们能够揭示一种奇特的光学效应：无弯曲折射。此外，我们成功地开发了第一个面内折射超透镜，它产生的焦点小到λ ap/6，是λ ap的极化激元波长（λ 0/50相对于在自由空间中的光的波长）。我们的研究结果为强各向异性介质中的平面纳米光学奠定了基础，具有前所未有的纳米级能量流控制潜力。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gradient polaritonic surface with space-variant switchable light-matter interactions in 2D moire superlattices
本文在扭转双层石墨烯/氮化硼莫尔体系中利用孤子超晶格构建天然梯度极化激元表面，实现极化激元-孤子相互作用的开关与连续调制，并在极小尺寸内调控近场、相位和传播方向，为纳米尺度光-物质操控和空间极化激元工程开辟新路径。
2025-01-01 physics.app-ph physics.optics
Extreme light confinement and control in low-symmetry phonon-polaritonic crystals
本综述梳理低对称晶体中声子极化激元的研究进展，阐释对称性破缺对极化激元响应及纳米光传播的作用，并探讨其在拓扑物理、非线性调控等方向的新兴机遇。
2023-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emerging Optics from Structured Nanoscale Optical Cavities
本文综述结构化纳米光学腔的近场、集体耦合及光与物质相互作用调控，总结纳米激光性能及其在量子工程、拓扑光子学与集成光子系统中的应用。
2023-07-24 physics.optics
Tailored Hotspots from Airy-Based Surface Plasmon Polaritons
University Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
本文提出利用Airy基表面等离子体极化子生成高受限强度的等离子体热点，无需纳米结构平台，实现纳米尺度光限制，推动等离子体镊子和光信号处理发展。
2025-04-30 physics.optics
Why the hyperbolic polaritons are hyperbolic?
针对双曲极化激元双曲特性缺乏解析描述的问题，提出基于聚焦行为的等频轮廓解析形式，揭示其严格双曲本质，为开发新型光学器件提供突破性方法。
2025-05-01 physics.optics
Broadband near-unidirectional absorption enabled by phonon-polariton resonances in SiC micropyramid arrays
灵感来自飞蛾的眼睛，自然界中最强大的抗反射，我们提出了一个亚波长SiC微金字塔的设计，它工作在Reststrahlen带的SiC，即在SiC材料的强声子-光子耦合的光谱带。虽然在这个波段内SiC排斥EM波，但我们在这里观察到一个具有独特属性的宽低反射率窗口，具有不同于典型介电蛾眼状结构的独特特征。具体而言，虽然后者系统是完全对称的，但我们的SiC微金字塔系统的反射响应可以是高度不对称的。特别地，SiC微锥系统对于从微锥的尖端侧撞击的光可以是接近无反射的，并且对于从微锥的基部侧撞击的光在SiC Reststrahlen带中的宽波长范围上表现出大于90%的反射。这种强烈不对称的反射响应源自在包括微金字塔的每个SiC块处的涡旋状腔模式的级联耦合，并且转化为强烈的单向吸收体响应。我们讨论了如何凭借基尔霍夫定律，这种强烈的单向超吸收行为意味着一个强烈的单向发射轮廓，这是重要的单向红外源和被动辐射冷却系统。
2020-06-11 physics.optics
Nanometer-scale Cavities for Mid-infrared Radiation via Image Phonon Polariton Resonators
本文提出在SiC极性电介质上沉积银纳米立方体，实验实现反对称镜像声子极化激元模式，将中红外辐射限制在比自由空间小近十亿倍的模式体积内，品质因子超过180，为纳米尺度长波长强光-物质相互作用控制开辟了新途径。
2025-05-05 physics.app-ph physics.optics
Intersubband polaritonic metasurfaces for high-contrast ultra-fast power limiting and optical switching
本文通过协同优化半导体异质结构材料与光子纳米结构，研制出超快极化激元超表面功率限制器，在实验中实现了创纪录的54%反射对比度，并指出全电介质超表面有望将对比度提升至94%。
2024-03-23 physics.optics quant-ph
Quantitative infrared nanoscopy: Probe-cavity eigenmodes and nano-gap polaritons for strongly coupled nanoscale optics
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota Twin Cities（明尼苏达大学双城分校物理与天文学学院）；Dept. of Physics, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校物理系）；Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室先进光源中心）；Dept. of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
研究借助光学纳米显微镜突破传统光学衍射极限，提出“本征探针”模型描述探针与环境近场相互作用，将基本激发识别为纳米间隙极化激元，经实验验证可用于反演局部光学常数，为光学纳米显微镜发展及相关应用奠定基础。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Microfluidic-Assisted Growth of Perovskite Microwires for Room-Temperature All-Optical Switching Based on Total Internal Reflection
本研究针对钙钛矿基集成光子器件开发需求，利用微流控辅助生长钙钛矿微线，结合预图案化金光栅耦合器与全内反射限制的传播极化激元，实现了室温下低损耗、长面内传播的概念验证型全光开关。
2025-02-21 physics.optics
Canalized hyperbolic magnetoexciton polaritons enabled by the Shubnikov-de Haas effect in van der Waals semiconductors
Tianjin University of Commerce（天津商业大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Hunan University of Science and Technology（湖南科技大学）
通过肖克利-德哈斯效应在范德瓦尔半导体中实现超低群速和超长寿命的双曲磁极子极子通道化，揭示磁光传输对双曲极子的影响。
2026-03-08 physics.optics
Photonic p-n Junction: An Ideal Near-Field Heat Flux Modulator
利用一对由纳米级真空间隙隔开的p型和n型半导体，我们介绍了一种光电子元件原型，“光子pn结“，作为电子pn结的模拟物，它被证明是一种理想的近场热流调制器。高调制性能依赖于三种基本光子-载流子相互作用模式（即，表面等离子激元、对称耗尽内部等离子激元和对称累积表面等离子激元），这是由在可调偏压下表面附近的空穴和电子密度的变化引起的。该原型不仅为纳米尺度下的非接触式热管理提供了新的思路，而且为设计处理等离子体激元携带信息的光电子器件提供了新的思路。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Transverse hypercrystals formed by periodically modulated phonon-polaritons
光子晶体和超材料是操纵光的两个主要范例。结合这两种方法导致超晶体：双曲色散超材料，经历周期性调制和混合光子晶体的方面与双曲色散物理。到目前为止，由于各种技术和设计的限制，超晶体的实验实现有限。在这里，我们创建纳米级超晶体的晶格常数范围从25 nm到160 nm，并测量其集体布洛赫模式和色散与散射近场显微镜。我们证明了第一次色散的功能，如负群速度，带折叠的指示，和签名的状态峰的尖锐密度，预计超晶体（而不是普通的极化激子晶体）。这些密度峰值将我们的发现与理论预测相联系，理论预测甚至在几何简单的晶格中也会出现极其丰富的超晶体能带结构。这些特征使得超晶体既从根本上令人感兴趣，又有可能用于工程纳米级光物质相互作用。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Airy-like hyperbolic shear polariton in high symmetry van der Waals crystals
本文提出利用入射光轨道角动量（OAM）作为新自由度，在高对称范德华晶体α-MoO3中通过涡旋激发实现类艾里双曲声子极化激元，并揭示其自加速、无衍射、自修复及非对称传播特性，为主动结构化极化激元器件开辟新途径。
2023-04-16 physics.optics
Critical coupling layer thickness for positive or negative Goos-Hänchen shifts near the excitation of backward surface polaritons in Otto-ATR systems
从理论上分析了在正折射率平板和负折射率半无限介质界面上激发后向表面等离子体激元时，Otto结构衰减全反射（ATR）器件反射的空间受限光束的横向位移（Goos-Hänchen位移）.首先，固定相近似和基于反射系数的复极点和零点的性质的唯象模型被用来证明：i）后向表面波的激发可以导致负的和正的（不完全是负的）古斯-汉兴位移，以及ii）偏移的符号取决于耦合层厚度的值是高于还是低于ATR结构的临界值特征。其次，通过对反射光束空间结构的严格计算，验证了这些发现。对于高斯分布的入射光束，计算出的反射光束的场分布的一阶矩的横向位移符合相当好的近似分析的预测。在后向表面等离子体激元的共振激发附近，获得大的（负或正）Goos-Hänchen位移，以及反射光束的分裂。
2015-04-27 physics.optics
Strong plasmon-molecule coupling at the nanoscale revealed by first-principles modeling
由于新兴的量子和非线性光学应用以及改变材料相关性质的机会，单发射极和集体强耦合机制中的强光物质相互作用引起了人们的广泛关注。这些现象的进一步探索需要一个适当的理论方法，这是苛刻的，因为极化激元是量子光学，固态物理和量子化学之间的交叉点。然而，幸运的是，纳米级极化激元可以在小的等离子体分子系统中实现，这在原则上允许使用从头算方法来处理它们，尽管这迄今为止还没有得到证明。在这里，我们表明，时间依赖的密度泛函理论（TDDFT）计算可以访问纳米等离子体分子混合物的物理和预测真空拉比分裂的系统，包括一个几百个原子的铝纳米粒子与一个或几个苯分子相互作用。我们表明，腔量子电动力学的方法举行了几个立方纳米的顺序谐振器，产生一个单分子耦合强度超过200毫电子伏，由于大量的真空场值为4.5 V/nm。从更广泛的角度来看，我们的方法使无参数的深入研究极化激子系统，包括基态，化学和热力学修改的分子在强耦合制度，这可能会发现重要的用途在新兴的应用，如腔增强催化。
2019-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Polariton Nanophotonics using Phase Change Materials
通过光和材料激发（例如等离子体激元、声子或激子）的耦合形成的极化激元使得纳米级的光-物质相互作用超出了目前常规光学的可能性。近年来，范德瓦尔斯材料中的极化激元引起了人们极大的兴趣，它在传感、集成光子电路和探测器等方面有着广泛的应用。然而，需要新的技术来控制极化激元在纳米尺度上的传播，并实现第一个实用的设备。在这里，我们报告的实验实现的极化激元折射和超光学在中红外线利用低损耗声子极化激元在同位素纯六方氮化硼（hBN），这使得它能够与周围的介电环境，包括低损耗相变材料，锗$_3$锑$_2$碲$_6$（GST）的性能。我们展示了波导限制极化激元在一维几何形状，折射光学元件，如透镜和棱镜的声子极化激元在hBN，我们使用扫描近场光学显微镜的特点。此外，我们展示了超透镜，这使得偏振波阵面工程和亚波长聚焦。我们的方法，由于其亚衍射和平面性质，将使可编程的小型化集成光电子器件的实现，并将按需生物传感器奠定基础。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Tunable Polariton Canalization in Natural van der Waals Oxide
研究通过红外纳米成像揭示了alpha-V2O5中平面双曲性，实现无额外处理的极子单向传播，展示了可调极子通道化的新形式。
2026-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Surface Plasmon Polariton Excitation in Time-modulated Media
Imperial College London（帝国理工学院）；Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院）
本文提出利用阶跃式时间调制在类 Drude 金属中激发和耦合输出表面等离激元极化子，通过时域有限差分模拟验证了时间调制对等离激元发射、辐射、时间反射波及静磁模式的作用，为时间变化系统中主动控制等离激元提供了新途径。
2026-10-05 physics.optics
Surface-plasmon-polariton-driven narrow linewidth magneto-optics in Ni nanodisk arrays
磁等离子体利用光和磁性物质之间的相互作用，在纳米级的光操纵和共振磁光学。该领域的最大挑战之一是克服磁性金属中的光学损耗。在这里，我们利用表面等离子体激元（SPPs）在SiO2/Au双层的界面处激发，诱导强磁光响应的周期性阵列的Ni纳米盘。使用由Au纳米盘制成的参考系，我们表明Ni中的光损耗几乎不加宽SPP驱动的磁光信号的线宽。因为Ni纳米盘中的自由电子被驱动成远离其等离子体共振的受迫振荡，所以实现了损耗减轻。通过改变SiO2层的厚度和晶格常数的Ni纳米盘阵列，我们展示了剪裁的强烈的磁光克尔效应的光谱线宽下降到~25 nm。我们的研究结果提供了重要的提示，如何规避损失和增强磁光信号通过设计的非共振磁等离子体激元驱动机制。
2019-09-16 physics.optics
Unidirectional Ray Polaritons in Twisted Asymmetric Stacks
本文在厚度非对称的扭转双曲型 vdW 堆叠中可视化并调控单向射线极化激元，为纳米定向传播及传感、热管理等应用提供新平台。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Doping-driven topological polaritons in graphene/α-MoO3 heterostructures
控制载流子密度提供了一种有效的方式来触发相变和调制天然材料中的光电性质。这种方法可以用来诱导光子系统的光学响应的拓扑转变。在这里，我们预测由石墨烯和$α$ -相三氧化钼（$α$ -MoO 3）组成的二维异质结构支持的混合极化激元的等轴色散轮廓中的拓扑转变。通过化学方法改变石墨烯的掺杂水平，实验证明了极化激元杂化的结果是极化激元表面的轮廓拓扑结构从开放的形状转变为封闭的形状.此外，通过改变异质结构的衬底介质，可以进一步将色散轮廓设计成拓扑过渡处的相当平坦的形状，从而支持可调谐极化激元渠化并提供局部控制拓扑的手段。我们证明了这个想法，以实现极端的亚波长聚焦使用1.2- $μ$米宽的二氧化硅基板作为负折射透镜。我们的研究结果开辟了一个颠覆性的方法，在纳米成像，光学传感和纳米级能量转移的操纵有前途的芯片上的应用。
2022-01-04 physics.optics
Plasmons and polaritons in a semi-infinite plasma and a plasma slab
等离子体激元和极化激元模式，推导出一个理想的半无限（半空间）等离子体和一个理想的等离子体板通过使用一个通用的，统一的程序，基于运动方程，麦克斯韦方程组和适当的边界条件。已知的结果重新获得更直接的方式和新的推导。该方法包括通过移动粒子（电子）位置处的位移场来表示电荷扰动。计算了介电响应和电子能量损失。表面对能量损失的贡献在表面附近的瞬态区域表现出振荡行为。通过使用延迟的电磁势来处理电磁波在这些等离子体中的传播。求解所得积分方程，计算反射波和折射波以及反射系数。对于平板，我们还计算了透射波和透射系数。从而得到了任意入射角和偏振态下的广义菲涅耳关系。体和表面等离子体极化激元模式被确定。众所周知，等离子体内部的场要么是衰减的（渐逝的）要么是传播的（透明区），并且半无限等离子体的反射系数在从传播区到衰减区时表现出突然的增强（全反射）。同样，除了特征振荡，反射和透射系数的等离子体板表现出明显的增强阻尼制度。
2009-04-17 physics.optics physics.plasm-ph
Generalized 4 $\times$ 4 Matrix Formalism for Light Propagation in Anisotropic Stratified Media: Study of Surface Phonon Polaritons in Polar Dielectric Heterostructures
本文提出了一种广义的4 $\times$ 4矩阵形式来描述光在双折射分层介质中的传播。与以前的工作相比，我们的算法能够处理任意各向异性或各向同性，吸收或非吸收材料，是免费的不连续的解决方案。我们计算的反射和透射系数，并推导出方程的电场分布的任何数量的层。该算法是容易理解的，并且可以直接在计算机程序中实现。为了证明该方法的能力，我们计算的反射率，电场分布，和色散曲线的表面声子极化激元激发在奥托几何选定的模型系统，在那里我们观察到几个不同的现象，从临界耦合模式分裂，和表面声子极化激元在双曲介质。
2017-07-03 physics.optics
Large Bragg Reflection from One-Dimensional Chains of Trapped Atoms Near a Nanoscale Waveguide
我们报道了在一维纳米波导附近捕获的冷原子阵列的大布拉格反射的实验观察。通过使用一个光晶格在倏逝场周围的周期几乎相称的共振波长的电光晶体，我们观察到高达75%的反射率的导模。每个原子都表现为部分反射镜，并且大约2000个原子的有序链足以实现有效的布拉格镜。测量的反射光谱作为一个功能的晶格周期和探测偏振的报告。后者显示了纳米级波导的手征特性对这种反射的影响。在耦合到自旋系统的一维波导中控制光子传输的能力将使新的量子网络能力和对远程相互作用产生的多体效应的研究成为可能。
2016-09-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Resonantly enhanced polariton wave mixing and Floquet parametric instability
提出用 Floquet Maxwell 方程描述非线性声光泵浦-探测系统，解析解释 SiC 光放大并预测临界泵浦以上的极化激元对参数不稳定性。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Image polaritons in van der Waals crystals
低维材料中的极化激子模式能够实现强的光-物质相互作用，并为纳米级的光操纵提供了平台。最近，一类新的极化激元在纳米光子学中引起了相当大的兴趣：范德华晶体中的图像极化激元，当极化激元材料靠近高导电金属时，显示极化激元模式与其镜像耦合。图像模式构成了一个有吸引力的纳米光子平台，提供了一个无与伦比的程度的光场压缩到纳米体积，同时表现出较低的归一化传播损耗相比，在非金属基板上的范德华晶体中的常规极化激元模式。此外，超压缩的图像模式提供了访问的光-物质相互作用的非局部制度。在这篇综述中，我们系统地概述了年轻但迅速发展的图像极化激元领域。我们讨论了它们的色散特性，展示了各种范德华材料中图像模式的多样性，并强调了由于图像极化激元的独特特性而在实验上取得的突破。
2021-11-09 cond-mat.other physics.optics
Two-dimensional moiré phonon polaritons
Department of Physics, The Hong Kong University of Science and Technology（物理系，香港科技大学）；Department of Chemistry, The Hong Kong University of Science and Technology（化学系，香港科技大学）
本研究在二维扭曲莫尔材料中发现了一类新的莫尔声子极化激元，其光谱发生多分支重构且电磁波函数被超晶格纳米图案化，数值模拟证实了该模式，确立了莫尔超晶格作为调控光-物质相互作用平台的地位。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Polariton Waveguide Modes in Two-Dimensional Van der Waals Crystals: An Analytical Model and Correlative Scanning Near-Field Optical Microscopy Studies
二维范德瓦尔斯（vdW）晶体具有强的电磁约束，可以维持各种类型的极化激元，在纳米光子学和光电子学领域具有广泛的应用前景。虽然广泛的实验和数值研究致力于极化激元的vdW晶体，分析模型是稀疏的。特别是，应用这样的模型来描述最先进的近场光学显微镜所观察到的极化子行为需要进一步的研究。在此，我们发展了一个解析波导模型来描述极化激元在vdW晶体中的传播。导出了不同极化激元波导模式的色散等值线、色散关系和电磁场分布。通过近场光学成像和对典型vdW双轴晶体α-MoO 3中声子极化激元的数值模拟，验证了该模型的正确性。该模型可以扩展到其他类型的极化激元在VDW晶体，从而允许描述和理解其本地化的电磁行为解析。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Three-dimensional Near-field Analysis Through Peak Force Scattering-type Near-field Optical Microscopy
散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）是研究二维（2D）材料在纳米尺度下的极化激元行为的重要手段。尖锐的s-SNOM尖端通过相位匹配将动量耦合到二维材料中以激发声子极化激元，其在光栅图像中表现为纳米级干涉条纹。然而，S-SNOM缺乏检测近场特性沿着垂直于表面的轴的进展的能力。在这里，我们进行近场分析的微盘和同位素纯六方氮化硼（h-11 BN）制成的反射边缘，通过使用峰值力散射型近场光学显微镜（PF-SNOM）获得的三维近场响应立方体。从圆形结构的限制的极化激元的动量量子化被揭示在原位。此外，针尖-样品距离被发现是能够微调的极化激元的动量和修改的叠加量子化的极化激元模式。基于PF-SNOM的三维近场分析提供了具有高空间分辨率的详细表征能力，以完全映射纳米光子学和极化激元结构的三维近场。
2019-12-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Room-temperature polariton lasing in quantum heterostructure nanocavities
控制固态系统中的光-物质相互作用激发了大量的研究，以产生被称为激子-极化激元的玻色子准粒子，这需要激子和腔光子之间的强耦合。超低阈值相干光发射器可以通过激子-极化激元凝聚体的激光来实现，但这通常需要复杂的器件结构和低温。室温下工作的极化激元纳米激光器是相关研究的重要方向，不仅可以探索纳米尺度下的极化激元物理，而且在量子信息系统、全光逻辑门和超低阈值激光器等方面具有潜在的应用前景。然而，目前，室温极化激元纳米激光器的进展受到激子的热不稳定性和纳米腔固有的低品质因数的限制。在这里，我们展示了室温极化激元纳米激光器，通过设计宽禁带半导体异质结构纳米腔产生热稳定的激子与纳米腔光子耦合。由此产生的激子极化激元的拉比频率约为370毫电子伏的混合状态，使持久的极化激元激光到室温，有利于实现小型化和集成的极化激元系统。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum theory of longitudinal-transverse polaritons in nonlocal thin films
当中红外线与纳米级极性电介质结构相互作用时，光学声子传播不能被忽略，导致我们最近才开始发现的丰富的非局域现象。在适当制作的纳米器件中，这包括产生具有混合纵向-横向性质的极化激元激发，预测其允许从纵向电流到远场横向辐射的能量漏斗。在这项工作中，我们研究了这些纵向-横向极化激元在介电纳米层中的物理特性，其中非局域性强烈耦合ε近零模式到纵向声子。在计算了系统的频谱解决麦克斯韦方程组，我们开发了一个分析极化激子理论能够透明地量化的非局域介导的耦合作为系统参数的函数。这样的理论提供了一个强有力的工具，研究的纵向横向极化激元相互作用，我们用它来确定所需的条件的混合模式出现。
2021-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metal nanoparticles in strongly confined beams: transmission, reflection and absorption
我们研究了紧聚焦光与金属纳米球表面等离子体激元共振的相互作用。特别是，我们计算的散射和吸收比，以及传输和反射系数。受我们以前在参考文献[1]中的工作的启发，我们讨论了金属纳米颗粒近似点状偶极辐射体的程度。我们发现，100 nm的银纳米球是非常接近这样的理想振荡器。我们的研究结果直接影响单纳米粒子光谱和显微镜以及等离子体。
2009-01-28 physics.optics
Van der Waals phonon polariton microstructures for configurable infrared electromagnetic field localizations
支持声子极化激元的极性范德华（vdW）晶体最近引起了人们的广泛关注，因为它们可以将红外和太赫兹（THz）光限制在深亚波长尺寸，从而允许在纳米级引导和操纵光。这些晶体在器件中的实际应用强烈依赖于其空间局部电磁场分布的确定性工程，这仍然具有挑战性。这项研究表明，极化激元干涉可以通过将vdW晶体α-MoO 3图案化为支持高度面内各向异性声子极化激元的微结构来增强和定制。极化激元面内等距曲线相对于微结构边缘的取向是控制极化激元干涉的关键参数，通过使微结构尺寸和形状以及激发频率能够调谐来呈现红外电磁场局部化的配置。因此，我们的研究提出了一个有效的理论基础工程红外线流动的平面光子器件。
2021-04-01 physics.app-ph physics.optics
Optical Footprint of Ghost and Leaky Hyperbolic Polaritons
本研究考察晶体各向异性取向对衰减全反射光谱的影响，揭示了幽灵型与泄漏型双曲极化激元的光学足迹，为方向相关光学器件的设计奠定了基础。
2025-01-30 physics.optics
Boron nitride nanoresonators for phonon-enhanced molecular vibrational spectroscopy at the strong coupling limit
增强的光-物质相互作用是表面增强红外吸收（SEIRA）光谱学的基础，并且传统上依赖于等离子体材料及其将光聚焦到纳米级光斑尺寸的能力。由极性晶体制成的声子极化激元纳米谐振器可能是一种有趣的替代方案，因为它们表现出大的品质因数，远远超过了它们的等离子体对应物。最近出现的范德瓦尔斯晶体能够制造高品质的纳米光子谐振器的基础上声子极化激元，如报告的原型红外声子材料六方氮化硼（h-BN）。在这项工作中，我们使用，为第一次，声子极化激元共振h-BN带的SEIRA光谱的少量的有机分子的傅里叶变换红外光谱。引人注目的是，声子极化激元和分子振动之间的相互作用达到实验的强耦合制度的发病，而数值模拟预测，振动强耦合可以完全实现。声子极化子纳米谐振器因此可以成为一个可行的平台，传感，局部控制化学反应和红外量子腔光学实验。
2018-01-09 physics.optics
Whispering gallery modes in optical fibers based on reflectionless potentials
我们考虑一种光纤与纳米级变化的有效纤维半径支持回音壁模式沿光纤缓慢传播，并揭示，半径的变化可以被设计为支持这些模式的无反射传播。我们表明，无反射调制可以实现传输幅度和时间延迟的控制，同时使紧密包装由于没有串扰，与传统的潜力。
2015-06-01 physics.optics
Polaritonic Fourier crystal
本文提出极化激元傅里叶晶体新概念，通过在原始波导中对极化激元动量进行谐波调制以最小化散射，并在六方氮化硼中实验揭示了清晰的声子极化激元能带结构和带隙，为纳米光操控和增强光与物质相互作用提供了新范式。
2024-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Polaritonic quantisation in nonlocal polar material
在Reststrahlen区域，在横向和纵向声子频率之间，极性介电材料对光产生金属响应，由此产生的强烈的光-物质相互作用可以导致形成称为表面声子极化激元的混合准粒子。最近的工作表明，当光学系统包含纳米级极性元素，这些激发可以获得纵向场分量作为结果的材料分散的晶格，导致形成二次准粒子称为横向极化激元。在这项工作中，我们建立在以前的宏观电磁理论发展一个完整的二次量子化理论的横向极化激元。从轻物质系统的哈密顿开始，我们处理引入弹性自由能的晶格畸变。然后，我们对角化的哈密顿量，证明运动方程的极化激元是等效的宏观电磁和量子化的非局部运营商。最后，我们展示了如何重建的电磁场的极化激元状态和探讨极化激元诱导的增强的Purcell因子。这些结果表明，如何非局域性可以缩小，增强和光谱调谐近场发射与中红外传感的应用。
2022-01-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
