MENP: An Open-Source MATLAB Implementation of Multipole Expansion for Applications in Nanophotonics
在现代纳米光子学中，多极干涉对于实现以具有前所未有功能的超表面为代表的新型光学器件起着不可或缺的作用。不仅要设计构成这种器件的亚波长结构，而且要实现和解释纳米光子学中的非自然现象，非常需要一种有效地进行多极展开的程序。MENP是一个MATLAB程序，用于计算纳米光子谐振器中诱导的电流密度分布对光散射的多极贡献。MENP的主要目的是进行用于全场模拟的刚性多极展开的后处理，其原则上提供所有近场和远场相互作用的信息（例如，作为总散射截面）。MENP将总散射截面分解为部分散射截面，这部分散射截面由电偶极子、磁偶极子和高阶项组成。我们通过比较理想和现实的纳米球与米氏理论得到的结果验证程序。我们还证明了潜在的电磁波分析的anapole状态通过计算多极展开下的长波长近似，使我们能够引入环形偶极矩。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Toroidal dipole induced transparency for core-shell nanoparticles
我们研究了球形纳米粒子的散射特性，采用笛卡尔多极展开方法，其中包括辐射环形多极。结果表明，环形偶极子，这是可以忽略不计的长波长近似下，可以激发内的高介电常数的介电纳米粒子和显着影响的光学制度中的散射分布。我们进一步揭示了核壳等离子体纳米粒子的散射相干性可以分为两类：i）粒子内部没有有效多极激发的平凡透明性，ii）由感应电多极子和环形多极子的相消干涉引起的非平凡透明性。环形矩的引入为近场和远场纳米粒子散射的研究提供了新的视角，这可能会为许多相关的应用提供新的思路，如生物传感，纳米天线，光伏器件等。
2015-01-30 physics.optics
Tailoring between network rigidity and nanosecond transient absorption in a-GexAs35-xSe65 thin films
在这封信中，我们报告的纳秒（ns）脉冲激光诱导的瞬态吸收（TA）在a-GexAs 35-xSe 65薄膜通过调整非晶网络从软到硬的第一个观察到显着减少。我们的研究结果提供了直接的实验证据的自陷激子机制，其中捕获的激子发生通过键重排。两者合计，具有比自由度更多约束的刚性无定形网络不能经历任何这样的键重排，并且导致较弱的TA。然而，我们也表明，激励通量可以有效地利用作为一个简单的工具，以解除足够的限制，引入大TA，即使在刚性网络。除此之外，我们还表明，TA是可调的网络刚度，因为它蓝移时，平均协调从2.35增加到2.6。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multipole Born series approach to light scattering by Mie-resonant nanoparticle structures
针对耦合多极方法解析情形有限的问题，论文提出基于 Born 级数的偶极–四极 CMM，并通过二聚体和环结构分析其收敛条件与精度。
2021-08-26 physics.optics
Towards Polarization-based Excitation Tailoring for Extended Raman Spectroscopy
毫无疑问，拉曼光谱是材料科学、化学、医学和光学中最复杂的光谱工具之一。然而，当涉及到纳米结构样品的分析时，访问由垂直于衬底平面取向的激发电场分量产生的拉曼光谱是一项困难的任务，并且通常只能通过机械倾斜样品或通过复杂的样品制备来实现。在这里，我们提出了一种新的实验方法的基础上利用偏振定制光的拉曼光谱的个别纳米结构。作为一个证明的原则，我们创建三维电磁场分布在纳米尺度上使用紧密聚焦的圆柱形矢量光束正常撞击到试样上，从而保持传统的商业拉曼系统的光束路径。使用这种激发方案，我们实验表明，记录的拉曼光谱的单个氮化镓纳米结构的子波长直径用作测试平台敏感地依赖于它们的位置相对于焦点矢量场。观察到的拉曼光谱可以归因于与横向或纵向电场分量的相互作用。这种新的技术可能铺平道路走向拉曼活性纳米系统的表征使用所有拉曼模式的全部信息。
2019-05-29 physics.optics
Multipolar interference effects in nanophotonics
任意纳米级物体对电磁波的散射可以通过电磁场的多极分解来表征，该多极分解允许通过主导激发多极模式的干涉来描述散射强度和辐射图案。在现代纳米光子学中，多极模式的产生和干涉开始发挥不可或缺的作用，它们使光的纳米操纵与许多相关的应用成为可能。在这里，我们回顾了金属，金属-电介质和电介质纳米结构中的多极干涉效应，并对涉及电，磁和环形多极干涉的许多现象提出了全面的看法，这些现象驱动了一些最近讨论的纳米光子学效应，如单向散射，有效光学反铁磁性，具有受控角图案的广义Kerker散射，广义Brewster角，和非辐射光学反射极。我们进一步讨论了其他类型的可能的多极干涉效应尚未在文献中利用，并设想通过全相位和振幅工程多极干涉的概念，实现更灵活和先进的纳米级光控制的前景。
2016-10-05 physics.optics
Tailoring Plasmonics of Au@Ag Nanoparticles by Silica Encapsulation
本文提出合成具有可调厚度二氧化硅壳层的Au@Ag@SiO$_2$立方体的方法，揭示银-二氧化硅界面表面等离激元与回音壁共振的强相干耦合，在壳厚约20 nm时实现约100%的场增强，为银纳米颗粒在等离激元应用中的广泛使用开辟新途径。
2021-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tailoring Mie Resonances in Cupric Oxide Particles for Use as Nanoantennas
纳米光学领域随着等离子体金属而发展。金属如银、金和铜纳米颗粒，由于被称为局部表面等离子体共振（LSPR）的特殊性质，可以在纳米尺度上集中电磁（EM）场。这为纳米光学、太阳能收集、太阳能电池和生物传感等广泛应用奠定了基础。然而，存在与等离子体金属相关联的固有问题，例如高的热损失，以及它们不能像半导体制造工艺那样按比例放大。此外，场增强仅限于电场。所有这些一起抑制了PMN在实际应用中的更广泛使用。在这项工作中，我们报告亚微米氧化铜（CuO）颗粒具有中等的折射率，可以表现出强大的电磁Mie共振与强消光/散射截面相当或略超过他们的等离子体对应。通过开发具有强形状和尺寸控制的颗粒合成技术，光学光谱和有限差分时域模拟，我们表明，米氏共振峰波长是大小和形状相关的。这提供了在可见光到近红外区域中的可调谐性，用于收集更宽部分的太阳光谱。因此，亚微米氧化铜颗粒表现出强大的潜力，新兴的高性能替代PMNs。强烈的电磁米氏共振介导的纳米天线效应属性，CuO颗粒可以潜在地用于大量的应用，包括表面增强拉曼光谱，超材料，纳米材料和光子晶体。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Efficient and accurate numerical-projection of electromagnetic multipoles for scattering objects
本文提出一种基于勒贝德夫和高斯求积的电磁多极子高效精确数值投影方法，通过少量采样点实现高精度分解，并在多种散射体上验证了与米氏理论及有限元模拟的一致性。
2023-11-26 physics.optics
Invisible nanowires with interfering electric and toroidal dipoles
通过研究单根纳米线对垂直入射平面波的散射，揭示了环形多极激发在辐射源多极展开中不可或缺的作用。研究发现，对于p偏振和s偏振入射波，环形偶极子可以有效地激发均匀的电介质纳米线内的光谱制度。我们进一步证明了等离子体核壳纳米线可以通过电偶极子和环形偶极子的相消干涉变得不可见，这可能会激发许多基于纳米线的光-物质相互作用研究，并孵化需要非侵入性检测和测量的生物和医学应用。
2015-05-20 physics.optics
Optical force on toroidal nanostructures: toroidal dipole versus renormalized electric dipole
我们研究了作用在环形纳米结构上的光学力。一个很大的增强的光学力被明确地确定为源自环形偶极共振的基础上的源表示，其中的感应电荷和电流的分布的特征在于由三个家庭的电，磁，和环形多极。另一方面，共振光学力也可以完全归因于电偶极共振的替代场表示，其中在无源区域的电磁场表示为基于对称性的两组电和磁多极场。通过概念上引入不可约电偶极子、环形偶极子和重整化电偶极子，解决了这一困惑。我们证明，光学力是一个强大的工具，以确定环形响应，即使它的散射强度是由传统的电和磁多极相形见绌。
2015-06-04 physics.optics
Design Principles for Tailoring Heat Transport via Iris-Gated Core-Double-Shell Nanoparticles in the Context of Photothermal Therapies
University of Cantabria（坎塔布里亚大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Vigo（维戈大学）
本文提出了一种基于虹膜门控核心双壳纳米颗粒的设计方法，通过优化参数实现高效光热传输，为光热治疗及纳米光子学应用提供新的解决方案。
2026-09-29 physics.app-ph physics.optics
Nanoparticle lattices with electric and magnetic resonances [Prospective]
纳米颗粒阵列中的晶格共振最近已经获得了很多关注，因为在透射和反射中产生光谱窄的共振特征以及显著增加结构中的吸收的可能性。到目前为止，大部分的努力都放在研究这些晶格共振偶极子近似。然而，最近的研究表明，更高的多极子不仅产生谐振特性，而且还涉及交叉耦合，相互影响，并诱导磁电响应。本文综述了近年来在周期性纳米粒子阵列中不同多极子的相互作用和耦合方面的研究成果，并对该领域的进一步发展提出了展望。
2018-09-16 physics.optics
Functional meta-optics and nanophotonics govern by Mie resonances
亚波长物体对电磁波的散射伴随着电和磁Mie共振的激发，这可以基本上改变散射强度和辐射图案。散射场可以分解为电多极和磁多极，磁多极定义了支撑全介质谐振超光学新领域的结构材料的磁响应。在这里，我们回顾了最近的发展，在元光学和纳米光子学，并证明了米氏共振可以发挥至关重要的作用，提供新的方法，为增强附近的许多光学效应的磁和电多极共振，以及驱动各种干涉现象，管理最近发现的新效应在纳米光子学。我们进一步讨论了全介电超光学的前沿领域，包括非线性纳米光子学，anapole纳米激光器，量子层析成像和拓扑光子学。
2017-10-24 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
Realization of Tunable Photonic Spin Hall Effect by Tailoring the Pancharatnam-Berry Phase
光子自旋霍尔效应（SHE）领域的最新发展为光学参数（折射率、厚度等）的有利测量提供了新的机会。纳米结构，并使自旋为基础的光子学应用在未来。然而，它仍然是一个挑战，以开发一个可调谐的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂的自旋极化光子的产生和操纵。在这里，我们实验证明了一个方案，实现光子SHE可调剪裁的空间变化的潘查拉特南-贝里相位（PBP）。结果表明，光束的偏振与可调的空间不均匀性可以有助于转向的空间变化的PBP创建一个自旋相关的几何相位梯度，从而可能实现可调的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂。我们的方案提供了一个方便的方法来操纵自旋光子。所得结果可以推广到具有类似拓扑起源的其它物理系统。
2014-06-29 physics.optics
Dynamic Effective Medium Theory for Two-Dimensional Non-Magnetic Metamaterial Lattices using Multipole Expansion
我们提出了一个公式推导出的有效介质性质的无限周期二维超材料晶格结构超出静态和准静态的限制。我们利用多极展开，与支持布洛赫模式的极化电流表示通过电偶极子，磁偶极子，和电四极矩每单位长度。然后，我们提出了一种方法来计算的基础上的晶格几何和单个单位元结构的布洛赫模式。结果恢复到众所周知的公式在准静态极限，是有用的均匀化的纳米棒型超材料，这是经常使用的光学应用。
2015-04-11 physics.optics
Electric quadrupole and magnetic dipole coupling in plasmonic nanoparticle arrays
理论研究了电偶极矩沿晶格波传播方向的等离子体纳米粒子阵列中的集体共振。分析了金纳米粒子的电四极矩和磁偶极子矩在阵列共振特性中的作用。我们进行耦合多极方程的半解析计算和严格的数值模拟，通过改变颗粒的大小和形状（球体和磁盘）来改变电和磁多极的贡献。考虑了均匀和非均匀环境中的阵列。我们发现，即使是非常弱的非共振EQ和MD时刻的一个单一的粒子显着增强的周期性晶格集体（晶格）共振激发的波长。重要的是，我们表明，在无限阵列中，纳米粒子的EQ和MD矩耦合，并影响彼此的共振贡献。我们还表明，在晶格共振波长，增强的EQ和MD时刻的反射的贡献相当于偶极子的反射显着减少，并提供了满足广义Kerker条件的反射抑制。
2018-02-22 physics.optics
Wire Resonator as a Broadband Huygens Superscatterer
干涉现象使得通过控制多个散射通道的相位来定制电磁波的传播。作为这种方法的代表性示例，惠更斯元件允许在抑制反射的同时增强来自向前方向上的对象的散射。然而，惠更斯元件的典型共振实现采用电偶极共振与磁偶极共振之间的相长干涉，这使其相对窄带。在这里，我们开发的宽带谐振惠更斯元件的概念，垂直排列的金属线的圆形阵列的基础上。精确管理电小结构中的多极干扰会导致大带宽上的定向散射，增加10%的载波频率。这种结构由非磁性材料构成，表现出强磁响应，出现在电对应物的主导磁多极中。此外，我们预测并观察到非常高阶的磁十六极（M16极）和磁三重偶极子（M32极）的品质因数，接近6000。在低GHz的频谱范围内进行的实验演示。我们的研究结果揭示了一种简单的方法，用于工程紧凑和开放的电磁设备（天线，定向反射器，折射器等）。能够调整宽带域中的波传播，集中强磁场，并产生高阶磁多极。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics
Magnetic dipole radiation tailored by substrates: numerical investigation
本文通过数值模拟研究玻璃、理想电导体、金和双曲超材料衬底对高折射率介电纳米粒子磁共振及散射的调控作用。
2014-02-17 physics.optics
Near-Field Directionality Beyond the Dipole Approximation: Electric Quadrupole and Higher-Order Multipole Angular Spectra
在自旋相关光学现象的背景下，近场方向性通常从光的量子自旋霍尔效应来理解，根据该效应，表面或导模的横向自旋被锁定到传播方向。到目前为止，大多数以前的工作都集中在圆极化偶极源的自旋性质。然而，在近场光学中，高阶多极源（例如，四极杆、八极杆等）可能变得相关，因此更深入的表述将非常有价值。角谱表示的基础上，我们提供了一个一般的，分析，并准备使用的治疗，以解决任何多极场的近场方向性，特别是电四极杆的情况下。除了巩固和升级目前的自旋依赖方向性框架，我们的研究结果可能会开辟新的视角，工程轻物质耦合在纳米尺度。
2019-05-08 physics.optics
On the existence of pure, broadband toroidal sources in electrodynamics
多极子在纳米光学的许多领域中对于描述电磁场是至关重要的，在等离子体激元和全介电纳米光子学的器件设计中起着至关重要的作用。与传统的电矩和磁矩的划分不同，环矩被认为是一个物理上不同的多极子家族，对物质的性质有着重要的贡献。然而，显然不可能单独测量它们的反应，这使人们对它们真正的物理意义产生了怀疑。在这里，我们确认的可能性，选择性地激励环形的时刻，没有任何其他多极。我们开发了一套一般条件，任何电流分布必须满足完全描述的环形时刻，并证明我们的结果在一个解析可解的情况下。我们的新理论使我们能够设计和实验验证第一次人工结构支持一个纯粹的，宽带的环形偶极子响应在完全没有电偶极子和其他“普通”多极贡献。此外，我们提出了一种结构，能够支持一种新型的nonradiating源，一个“环形anapole”，起源于相消干涉的环形偶极子与非常规的电磁源称为均方半径。在这项工作中的结果提供了决定性的证据独立激励的电动力学的环矩。
2022-08-02 physics.class-ph physics.optics
Tailoring Infrared Absorption and Thermal Emission with Ultrathin-film Interferences in Epsilon-Near-Zero Media
工程纳米光子模式分散体的平面结构，使红外完美吸收（PA）和热发射特性的显着控制。在这里，使用模拟，波长和角度范围内的反射表面上的反射，低损耗，ε近零（ENZ）膜最有效地吸收和再辐射，和设计参数，定制的ENZ模式色散在这些限制进行了研究。虽然吸收在光谱上限于折射率（$n$）低于1的波长，但角度限制由该范围内的ENZ材料色散确定。超薄膜干涉模型的开发，提供物理洞察到吸收共振在这一制度，发生远低于传统的四分之一波长的厚度限制。在$n<1$表面反射引起的非平凡相移驱动，这些共振干涉被证明是具有适当的折射率对比度的平面结构中的普遍波现象，延伸超出ENZ材料。选择性地选择材料、膜厚和损耗允许精细定制模式色散，实现光谱范围（$ \sim 0.1 - 1.0 μm$）的宽变化以及光谱和角度窄带PA和热辐射的精确方向控制，为高效的基于ENZ的红外光学和热涂层铺平了道路。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
