Momentum-space geometric structure of helical evanescent waves and its implications on near-field directionality
本文揭示了螺旋形消逝电磁波中动量空间的几何结构。结果表明，对于动量空间中螺旋度相关的半切线上的每一个螺旋倏逝波，其场矢量、自旋矢量和坡印廷矢量的方向都是相同的。这种几何结构揭示了角谱的远场和近场分量之间的显著关系。任何一般的倏逝波矢量都通过两条螺旋度相关的切线与传播波矢量的$k_ρ=k_0$圆上的两点相连。已知一般偶极源的$k_ρ=k_0$圆上的场足以确定其整个倏逝角谱。应用这一概念，我们获得洞察近场方向性的角谱中的每一个零是一个螺旋奇点，两个半切线相反的螺旋相交。本文还提出了一种强有力的近场方向性光源综合设计方法，即利用结构螺旋线照明来获得近场方向性的完全控制。结果提供了一个基本的洞察螺旋倏逝波，并在手性光物质相互作用发挥了核心作用的领域的影响。
2019-12-11 physics.optics
Molding the flow of light with a magnetic field: plasmonic cloaking and directional scattering
本文研究了由磁光壳覆盖的介质柱组成的系统中的电磁散射和等离子体隐身。在长波长的限制，我们证明了外部磁场的应用程序不仅可以打开和关闭的隐身机制，但也减轻了损失，作为吸收截面被证明是最小的精确的隐身操作频带。我们还表明，散射辐射的角分布可以有效地控制通过施加外部磁场，允许在散射图案的迅速变化。通过证明这些结果对于现实的现有磁光材料是可行的，例如在SiC上外延生长的石墨烯，我们建议磁场可以用作有效的，多功能的外部代理来调整等离子体斗篷并以前所未有的方式动态控制电磁散射，我们希望这些结果可以在破坏性光子技术中找到用途。
2014-04-15 physics.optics
All-optical directional switching of non-thermal photocurrents in plasmonic nanocircuits
本研究通过等离子体金线实现非热光电流的全光方向控制，利用反法拉第效应和偏振调制技术，实现了亚波长尺度上的电流反转，为超快芯片内处理的可重构全光纳米电路提供了新方法。
2025-12-01 physics.optics
Double helical plasmonic antennas
本文将单螺旋设计工具扩展到双螺旋，结合聚焦电子束直写与臭氧等离子体纯化，制备出黄金最小连续双螺旋天线，在可见光范围实现大且宽带的偏振非对称因子，为纳米光子电路、手性超材料和相位板提供潜在构建模块。
2025-04-14 physics.app-ph physics.optics
Functional plasmonic nano-circuits with low insertion and propagation losses
我们实验证明等离子体纳米电路作为子衍射定向耦合器，使用λ= 1550 nm的光学八木宇田式天线从自由空间以高效率光学激发。Yagi-Uda型光学天线被设计成以高效率（耦合45%，总发射60%）、窄角方向性（< 40°）和低插入损耗馈送通道等离子体激元波导。SPP间隙波导的传播长度可达34 μm，具有可调谐限制，并与超紧凑（5 μm x 10 μm）、高色散定向耦合器集成，可在Δλ = 200 nm范围内实现30 dB的分辨力，器件损耗仅为0.3 dB。
2013-08-14 physics.optics
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
Unidirectional chiral scattering from single enantiomeric plasmonic nanoparticles
本文提出旋转手性偶极子概念，在等离激元螺旋纳米颗粒中实现圆偏振光的非对称手性散射，实验验证了手性敏感的高度定向前向散射，为手性光-物质相互作用提供新途径。
2024-08-26 physics.optics
Directional and singular surface plasmon generation in chiral and achiral nanostructures demonstrated by Leakage Radiation Microscopy
在本文中，我们描述了实施泄漏辐射显微镜（LRM）探测等离子体纳米结构的手性。我们实验证明自旋驱动的定向耦合以及涡旋产生的表面等离子体激元（SPPs）的纳米结构与T形和$Λ$形孔。使用这种远场方法，定量检查，包括方向性和消光比测量，通过偏振分析在图像和傅立叶平面。为了支持我们的实验结果，我们开发了一个分析模型的基础上的多偶极表示的$Λ$和T形孔径等离子体耦合器，允许的理论解释的方向性和奇异的SPP形成。此外，在这项工作中，对称性破缺和相位的作用被强调。这种自旋轨道相互作用的定量表征为开发用于亚波长路由的新定向耦合器铺平了道路。
2016-11-30 physics.optics
Shaping the fluorescent emission by lattice resonances in plasmonic crystals of nanoantennas
我们表明，在纳米天线或等离子体激元晶体的周期性阵列附近的荧光分子的光的发射可以强烈修改时，由介电膜覆盖的阵列。局域表面等离子体共振和光子态之间的耦合导致表面模式，这增加了光学态密度并改善了光提取。受激染料分子优先辐射衰减到这些模式，表现出增强和定向发射。
2009-01-13 physics.optics
Plasmonic Antennas Hybridized with Dielectric Waveguides
为了在集成方案中使用等离子体激元，其中单个发射器可以有效地探测的目的，我们实验和理论研究的单纳米棒金天线以及天线阵列放置在一维介质氮化硅波导的散射特性。使用真实空间和傅立叶显微镜与波导传输测量，我们量化的光谱特性，绝对强度和散射的方向性。散射过程可以很好地理解的物理框架中的偶极物体放置在一个平面分层的环境与波导层。我们使用波导顶部的单等离子体激元结构作为新型天线的偶极构建块，其中波导增强了天线元件之间的耦合。我们报告波导混合八木宇田天线，其中示出的导向模式的出耦合的方向性，以及耦合到定位在馈电元件的局部激励的波导的方向性。这些测量与模拟表明，该系统是理想的等离子体激元量子光学方案的平台，以及荧光实验室芯片上的应用。
2013-07-17 physics.optics
Directional Emission from Dielectric Leaky-Wave Nanoantennas
纳米光子学创新的一个重要来源是将已知的无线电波技术按比例缩小到光学范围的想法。这种方法的一个彻底研究的例子是金属纳米天线，其采用等离子体共振将局部发射器耦合到选定的远场模式。虽然金属在微波领域可以被视为完美导体，但它们的响应在光频率下变得类似德鲁德。因此，等离子体纳米天线是固有损耗的。此外，它们的谐振性质要求精确控制天线几何形状。一个有希望的方法来规避这些问题是使用宽带纳米天线制成的低损耗介电材料。在这里，我们报告了由二氧化铪制成的有源介电漏波纳米天线的高度定向发射。沉积在纳米天线馈电间隙中的胶体半导体量子点用作局部光源。利用傅立叶成像技术测量了不同尺寸有源纳米天线的辐射方向图。我们发现所有的天线尺寸的高度定向发射，强调我们的设计的宽带操作。
2017-06-27 physics.optics
Plasmonic interferometry: probing launching dipoles in scanning-probe plasmonics
我们发展了一种半解析的方法来分析表面等离子体干涉术使用近场扫描光源。我们比较我们的方法，以年轻的双孔干涉实验，使用扫描隧道显微镜（STM）在文献中讨论，实现实验与孔径近场扫描光学显微镜（NSOM）的源定位在一个环附近的孔缝铣在厚的金膜。在这两种情况下，实验和模型之间的协议是非常好的。我们强调的偶极方向的作用，并讨论磁与电偶极的成像过程中的贡献，以及与各种光学和等离子体源的有效偶极的方向性的作用。
2014-02-21 physics.optics
Mapping fluorescence enhancement of plasmonic nanorod coupled dye molecules
等离子体增强荧光是一种广泛研究和应用的现象，然而，只有耦合荧光团和等离子体纳米谐振器的比较理论和实验分析才有可能揭示如何控制这种现象。应用数值优化方法设计能够导致激发和发射增强的配置，此外，在耦合Cy5染料分子和金纳米棒系统中同时产生这两种现象。参数敏感性研究揭示了荧光增强如何取决于分子的位置、距离和取向。耦合系统设计的同时改善表现出最高的（中间方向）总荧光增强，这是伴随着中间的敏感性的分子的参数，除了在激发波长的位置和方向的灵敏度。合成了具有与预测的最佳构型对应的几何形状的金纳米棒，并使用DNA链通过Cy5标记的寡核苷酸的杂交来控制Cy5染料分子与纳米棒表面的距离。最先进的dSTORM显微镜用于完成理论预测的（定向）总荧光增强的概念验证实验演示。所测量的荧光增强与理论预测非常一致，从而提供了一个完整的试剂盒来设计和制备表现出等离子体增强荧光的耦合纳米系统。
2020-04-24 physics.optics
Directional picoantenna behavior of tunnel junctions in the presence of atomic-scale defects
本研究发现扫描隧道显微镜针尖与带单原子台阶的金属表面间的等离子体皮腔具有定向发射特性，可作为皮天线，其方向性源于皮腔等离子体的发光倾斜，为纳米尺度光-物质相互作用调控提供了新途径。
2024-02-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tailored dissipation for directional transport in plasmonic ratchets
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn（波恩大学）；RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道工业大学）
该研究通过定制等离子体损耗，利用 Floquet 理论实现了高效定向传输，并通过实验观测了马赛克效应。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electric directional steering of cathodoluminescence from graphene-based hydrid nanostructures
控制纳米光子辐射源的定向发射是定制辐射-物质相互作用和构思用于片上无线通信和信息处理的高效纳米光子器件的基础。耦合到量子发射器的纳米天线已被证明是非常有效的辐射路由器，而单向发射的电气控制已通过电子的非弹性隧穿实现。在这里，我们证明了从高能电子束与石墨烯-纳米颗粒复合材料的相互作用中发出的辐射具有波束方向，即使石墨烯费米能的微小变化也可以使其连续跨越整个圆。发射方向性源于双锥形电子跃迁辐射和纳米颗粒偶极衍射辐射之间的干涉。可调谐性是能够实现的，因为干涉由纳米颗粒偶极矩控制，纳米颗粒偶极矩的振幅和相位分别由复合材料的混合等离子体共振和由电子发射的石墨烯等离子体极化激元的绝对相位驱动。我们的方法的灵活性提供了一种利用石墨烯等离子体物理学来构思具有超快可重构辐射图案的改进纳米结构的方法。
2020-10-18 physics.optics
2D wavelength-polarization dispersive microspectroscope based on a hybrid plasmonic helical nanostructure
微型光谱仪具有良好的便携性和集成性，有望为日常生活提供快速的检测工具，为研究人员提供革命性的技术手段。由于微型光谱仪的占地面积非常有限，很难像传统光谱仪那样通过在光路中放置起偏器来分析偏振特性。在这里，我们展示了一种新的二维波长偏振色散显微光谱的基础上的碳纳米线圈与等离子体金纳米粒子（Au/CNC）作为色散组件。通过显微光谱和傅立叶空间显微镜的研究，揭示了Au/CNC的独特的二维色散特性。沿着线圈的轴，Au/CNC将光作为波长分散到不同衍射级的波段，就像光栅一样。在相当大的可见-近红外波长范围内，可以从信号线的位置获得入射光的波长，并具有可接受的分辨率。在垂直于线圈轴的方向上，入射光被分散为具有亮区和暗区的偏振。我们可以区分左右圆偏振光，也可以得到线偏振光的偏振方向。基于这种效应，可以建立一个很好的二维波长偏振显微光谱仪。它不仅可以用微小的色散分量实现波长分析，而且可以同时了解入射光的偏振特性。此外，这个强大的工具可以通过与其他系统集成来进一步发展新的革命性技术。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analytic theory of optical nano-plasmonic metamaterials
纳米制造技术的最新进展允许制造光学超材料，将其独特和非凡的特性带到可见光区及更远的地方。然而，由于金属的特征光学行为，光学纳米等离子体超材料的分析描述是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个分析理论，允许建立微波超材料模型的光波长。这种方法是实现纳米尺度的等离子体金属丝网和三螺旋超材料，我们得到一个准确的预测其色散行为在光学和近红外波长。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz plasmonic laser radiating in an ultra-narrow beam
等离子体激元激光器（spasers）产生相干表面等离子体激元（SPP），并且可以在金属腔中以亚波长尺寸实现，以用于纳米光学。等离子体腔也用于太赫兹量子级联激光器（QCL），这是最亮的固态太赫兹辐射源。对于spasers来说，一个长期存在的挑战是它们与远场辐射的耦合差。与可以产生定向光束的传统激光器不同，spasers由于其亚波长孔径而具有高度发散的辐射图案。在这里，我们从理论上和实验上证明了一种新的技术，用于实现分布反馈（DFB），这是不同于任何其他以前使用的DFB方案的半导体激光器。所谓的天线反馈方案导致等离子体激元激光器中的单模操作，将谐振SPP模式耦合到高度定向的远场辐射图案，并且将周围介质中的混合SPP集成到DFB激光器的操作中。在实验上，采用天线反馈方法，不需要相位匹配到一个定义明确的有效折射率，实现了单模太赫兹量子化学激光器，其光束发散角小至4 × 4度，这是迄今为止报道的任何太赫兹量子化学激光器的最大光束。此外，与传统光子带边激光器中周期性为半波长整数倍的辐射场可忽略不计的情况相比，天线反馈首次突破了这一整数倍限制，增强了激光模式的辐射场。天线反馈方案通常适用于具有法布里-珀罗腔的任何等离子体激光器，而不管其工作波长如何，并且可以使等离子体激光器更接近实际应用。
2016-07-24 physics.optics
A vertically-coupled liquid-crystal long-range plasmonic optical switch
提出了一种基于液晶可调谐长距离金属条形波导的光开关，并对其进行了理论研究。放置在由两个金条纹组成的垂直配置之间的一个双折射液晶层被示出为允许耦合器的波导特性的广泛的电光调谐。严格的液晶开关的研究与建议的等离子体结构的光学性质的调查，考虑到不同的激发条件和LC散射损失的影响。一个定向耦合器光开关，它结合了低功耗，低串扰，短耦合长度，以及充分降低插入损耗。
2012-11-20 physics.optics
Hybrid Plasmonic Bullseye Antennas for Efficient Photon Collection
我们提出了一种高效的混合等离子体靶心天线，用于收集纳米量子发射器的光子发射。在我们的方法中，发射器辐射耦合到表面等离子体激元，从而转换成高度定向的面外发射。建议的配置由一个高折射率的二氧化钛靶心光栅分离的平面银膜由薄的低折射率二氧化硅间隔层。这种混合系统理论上能够将85%的偶极发射引导到0.9 NA物镜中，同时在设计波长处具有接近20的光谱窄带可调谐衰减率增强。通过标准电子束光刻法制造混合天线结构，而不使用可能对天线性能有害的有损粘附层。所制造的天线在饱和激光功率下保持未损坏，表现出稳定的操作。对于天线特性的实验表征，使用原子力显微镜将含有多个氮空位中心（NV-中心）的荧光纳米金刚石确定性地放置在靶心中心。探测NV中心荧光，我们证明了共振增强，高度定向发射在670 nm的设计波长，其特征是在很好的协议与我们的数值模拟。
2018-04-12 physics.optics
Ultra-compact Si/In$_2$O$_3$ hybrid plasmonic waveguide modulator with a high bandwidth beyond 40 GHz
要求光调制器具有高调制带宽和紧凑的覆盖区。在本文中，我们实验证明了一种新的Si/In $_2$ O $_3$混合等离子体波导调制器，它是由硅光子波导和Si/In $_2$ O $_3$混合等离子体波导组成的非对称定向耦合器（ADC）实现的。光信号由施加在MOS电容器顶部的Au电极上的射频（RF）信号调制，该Au电极与In $_2$ O $_3$薄膜接触。首次将无硅掺杂金属氧化物In $_2$ O $_3$电容集成在3.5- $μ$ m长的非对称定向耦合器（ADC）中，实现了>40 GHz的创纪录调制带宽。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
A plasmonic nanorod that walks on DNA origami
在纳米光学中，一个艰巨的挑战仍然是在精确的运输一个单一的光学纳米物体沿着一个编程和路由路径向预定义的目的地。活细胞中能够沿着微管定向行走的分子马达一直是实现人工分子步行器的灵感来源。在这里，我们展示了一个主动等离子体系统，其中等离子体纳米棒可以在二维或三维DNA折纸上执行定向，渐进和反向的纳米级行走。这种行走器包括各向异性的金纳米棒作为其主体和离散的DNA链作为其脚。具体来说，我们的步行者携带光学信息，并可以在原位光学报告自己的步行方向和连续的步骤在纳米精度，通过动态耦合到沿其步行轨道固定的等离子体定子。我们的概念将使各种智能纳米光子平台用于研究动态光-物质相互作用，这需要在远低于光学衍射极限的纳米尺度下控制运动。
2021-05-04 physics.bio-ph physics.optics
Near- and Far-Field Excitation of Topological Plasmonic Metasurfaces
呼吸蜂窝晶格主机的拓扑非平凡的体相由于系统的晶体对称性。在平凡和非平凡区域之间的界面处出现的赝自旋相关的边缘态可以用于能量的定向传播。使用等离子体元表面作为一个例子系统，我们探测这些国家在近场和远场使用半解析模型。我们给出的条件下观察到的方向性，并表明它是源位置相关的。通过探测与圆极化磁偶极子的平面外，我们首先表征模式沿界面的源发射由于超颖表面的增强。然后，我们从远场激发非零轨道角动量光束。位置相关的方向性适用于所有具有呼吸蜂窝晶格的经典波系统。我们的研究结果表明，与手性二维材料相结合的超颖表面可以用于在纳米尺度上有效地引导光。
2020-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic rod dimers as elementary planar chiral meta-atoms
对金属棒二聚体的电磁响应进行了理论计算，计算了棒在二聚体中任意平面排列的情况。结果表明，没有面内对称轴的二聚体表现出椭圆二色性，并在平面手性超材料中充当“原子”。由于棒二聚体的非常简单的几何形状，这种平面超材料比传统的开口环或伽马离子型结构更容易制造，并且适合于基于耦合偶极子模型的简单分析处理。分析了超材料的方向不对称性对二聚体几何形状的影响，并在数值模拟中得到了证实。
2011-03-25 physics.optics
Plasmonic Gold Helices for the visible range fabricated by oxygen plasma purification of electron beam induced deposits
电子束诱导沉积（EBID）目前提供了唯一的直接写入技术，真正的三维纳米结构的几何特征低于50纳米。不幸的是，从金属有机前体的沉积物遭受大量的碳含量。这阻碍了许多应用，特别是在几何表面的金属性质是强制性的等离子体中。为了克服这个问题，研究了在室温下用氧等离子体进行沉积后处理以纯化含金EBID结构。在等离子体处理后，结构经历约18 nm的直径收缩，但完全保持其初始形状。所提出的纯化步骤产生核-壳结构，其中核主要由未受影响的EBID材料组成，并且金壳的厚度为约20 nm。这些纯化的结构在可见光波长范围内是等离子体激元活性的，如螺旋纳米结构上的暗场光学显微镜所示。最值得注意的是，相应散射光谱的电磁建模验证了所得金壳的厚度和质量确保了与纯金纳米结构相等的光学响应。
2016-06-23 physics.optics
Plasmonic monolithic lithium niobate directional coupler switches
从高速光通信开始，锂离子电池（LN）由于其大的电光响应、宽的透明窗口、优异的热稳定性和长期的材料可靠性而成为电光调制器的首选材料。传统的LN电光调制器虽然仍然是光电工业的主力，但逐渐变得过于庞大、昂贵和耗电，无法完全满足该工业向高度集成、成本有效和能量有效的组件和电路快速发展的需求。最近开发的单片LN纳米光子平台使得能够实现在紧凑性、带宽和能量效率方面显著改善的电光调制器，同时仍然需要相对长的毫米级相互作用长度。在这里，我们成功地处理了这一挑战，并展示了等离子体激元电光定向耦合器开关组成的两个紧密间隔nm薄的金纳米条单片制造的LN基板上，引导耦合的电磁模式和电信号影响他们的耦合，从而实现超紧凑的开关和modulatiofunctionality。由两个纳米条产生的慢等离子体激元模式和静电场的极端限制以及它们近乎完美的空间重叠使我们能够用20- $μ$ m长的开关实现90%的调制深度，其特征在于电光调制效率为0.3 Vcm。我们的单片LN等离子体平台可实现高性能有源光子器件的超密集集成，从而满足各种要求$μ$ m级基底面、超快运行、稳健设计和高环境稳定性的高性价比光通信应用。
2019-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Low-loss Plasmonic Dielectric Nanoresonators
金属中的材料损失是等离子体激元学在许多应用中的中心瓶颈。在这里，我们提出并从理论上证明，金属损耗可以成功地减轻与金属薄膜上的介电颗粒，引起混合电介质-金属谐振。在远场，它们产生强大而有效的散射，甚至超过了全金属和全电介质结构的理论极限。在近场中，它们提供高Purcell因子（${>}5000$）、高量子效率（${>}90\%$）以及在可见光和红外波长的高度定向发射。它们的品质因数可以很容易地从类等离子体（${\sim}10$）调整到类介电体（${\sim}10^3$），对与光子、等离子体和耗散通道的单独共振耦合具有广泛的控制。与传统的等离子体纳米结构相比，这种共振显示出对有害的非局部效应的鲁棒性，并在极端的纳米尺寸和间距下提供更高的场增强。这些混合共振使等离子体具有高效率，这是该领域成立以来的主要目标。
2016-12-29 physics.optics
Compact wavelength add-drop multiplexers using Bragg gratings in coupled dielectric-loaded plasmonic waveguides
本文提出了一种利用介质加载表面等离子体激元波导（DLSPPWs）的紧凑型波长分插复用器。基于DLSPPW的配置利用定向耦合器的路由特性和布拉格光栅的滤波能力。我们提出了一个20- $μ$米长的设备在电信波长，可以重新路由约70 nm的波长带中分离的光信号工作的实际实现。我们使用扫描近场光学显微镜以及泄漏辐射显微镜表征制造的结构的性能，并支持我们的研究结果与数值模拟。
2016-09-17 physics.optics
Flat Helical Nanosieves
在光集成系统中，对器件的小型化、灵活化提出了更高的要求。等离子体纳米筛已经成功地被利用作为一个复杂的光操纵平台，包括全息术，涡旋产生和非线性过程。与大多数已报道的单功能器件相比，多功能纳米筛在纳米光子学、光学和纳米技术等领域有着更为复杂和新颖的应用前景。在这里，我们通过实验展示了一个基于纳米筛的螺旋器件的有前途的路线图，它实现了对光学涡旋的完全操纵，包括它的产生，杂交，空间复用，聚焦和非衍射传播等，通过超过12.1万个空间旋转的纳米筛来控制自旋光的几何相位。由于这种自旋转换纳米筛螺旋元件，不再需要采用传统的双光束干涉测量来表征光学涡旋，而干涉可以在不改变当前设置的任何部分的情况下自然地实现。该方法使远场光学轨道角动量的操纵成为可能，是奇异光学和集成光学的桥梁。此外，与传统的相位累积螺旋光学器件相比，它在多功能光学元件中具有更独特的可扩展性和灵活性。
2016-04-11 physics.optics
Nanoscale chiral valley-photon interface through optical spin-orbit coupling
二维过渡金属硫族化物材料的出现引发了谷电子学的激烈活动，因为它们的谷信息可以通过使用光的自旋角动量直接编码和检测。对于它们的实际应用，如片上谷逻辑门和芯片到芯片谷传输，使用光的谷赝自旋的编码和处理应该扩展到集成的片上纳米光子系统。在这里，我们成功地证明了，在室温下，谷依赖的光的定向耦合使用等离子体激元材料WS 2层系统。我们的计算表明，等离子体纳米线的模式的本地横向自旋角动量提供了强大的光学自旋路径锁定高达91%。实验证明，WS 2中的谷赝自旋与旋向相同的光自旋耦合，并且对等离子体导模具有高达90%的定向耦合效率。这一结果开辟了新的途径，控制，检测和处理谷和自旋信息与精确的光学控制在纳米级。
2017-09-03 physics.optics
Transverse magnetic routing of light emission in hybrid plasmonic-semiconductor nanostructures: Towards operation at room temperature
我们从实验和理论上研究了从混合等离子体-半导体量子阱结构的光发射的横向磁路由的温度依赖性，其中从量子阱的激子发射被路由到沿附近的半导体-金属界面传播的表面等离子体极化激元。在II-VI族和III-V族直接带半导体中，路由的幅度由激子光学跃迁的圆偏振决定，该圆偏振由磁场引起。对于包括（Cd，Mn）Te/（Cd，Mg）Te稀磁半导体量子阱的结构，我们观察到在20 K的低温和485 mT的磁场下高达15%的发射的强方向性，这是由于通过与Mn $^{2+}$离子的强交换相互作用介导的空穴的巨大塞曼分裂。随着温度向室温的升高，磁化率降低，方向性在T = 45 K时强烈降低到4%。我们还提出了一种替代设计的基础上的非磁性（In，Ga）As/（In，Al）As量子阱结构，适用于更高的温度。根据我们的计算，这种结构可以显示出发射方向性高达5%的温度低于200 K和中等磁场的1 T。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum plasmonic hot-electron injection in lateral WSe2/MoSe2 heterostructures
过渡金属二硫属化物（transitional metal dichalcogenide，TMD）横向二维异质结构作为光电纳米器件的材料，近年来引起了人们的广泛关注。由于横向异质结的纳米级宽度，其光学性质的研究是具有挑战性的，需要使用亚波长光学表征技术。我们研究了横向2D WSe 2/MoSe 2异质结的光响应，使用针尖增强光致发光（TEPL）与纳米级的空间分辨率和与picoscale针尖样品的距离依赖性。我们展示了在非金属衬底上的二维异质结构中的量子等离子体效应的观察，并且我们报告了横向二维TMD异质结宽度为~ 150 nm和电荷隧穿距离为~ 20 pm的纳米光学测量。控制等离子体尖端位置允许纳米光学成像和等离子体诱导的热电子注入异质结构。通过调节针尖与样品的距离，我们证明了热电子注入的可控性，通过两个量子等离子体光致发光（PL）增强和猝灭机制的竞争。在耗尽区的定向电荷输运导致增加的热电子注入，增强MoSe 2的PL信号。在量子等离子体机制中的定向热电子注入的性质使得横向2D MoSe 2/WSe 2异质结构有希望用于具有可调谐光响应的量子纳米器件。
2018-07-11 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Plasmonic Waveguide Fed Broadband Nano-antenna for Nanophotonic Applications
提出一种混合等离子体波导馈电的宽带光学贴片纳米天线，仿真验证其覆盖850、1310和1550 nm窗口、带宽约86%且定向增益良好，可用于片上光通信、传感与能量收集。
2014-12-24 physics.optics
Mie Voids as broadband directional light sources
University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Graz（格拉茨大学）
Mie空洞通过宽带广义Kerker效应实现方向性光散射，为纳米尺度天线设计和能量收集提供新可能。
2026-02-02 physics.optics
Phase-resolved surface plasmon scattering probed by cathodoluminescence holography
高能（1-100 keV）电子可以相干耦合到等离子体和介电纳米结构，产生阴极发光（CL），其光谱特征揭示了深亚波长空间分辨率下材料共振模式的细节。虽然CL提供了光学模式的基本见解，但检测其相位仍然难以捉摸。在这里，我们介绍傅里叶变换CL全息作为一种方法来确定散射等离子体场的远场相位分布。我们记录的过渡辐射参考场和表面等离激元散射等离激元纳米孔，纳米立方体和螺旋纳米孔径之间的远场干涉和重建的角度分辨相位分布。从导出的场，我们推导出诱导散射偶极子的相对强度和相位。数据表明，每个电子波包崩溃在样品表面和相干激发跃迁辐射和表面等离子体激元量子。傅里叶变换CL全息开辟了一个新的世界相干光散射和表面波的研究与纳米空间分辨率。
2019-12-09 physics.optics
Gigahertz directional light modulation with electro-optic metasurfaces
本文提出等离子体—有机混合电光超表面，利用 quasi-BIC 金属狭缝阵列与 JRD1 材料实现像素级局部调控，达成 0.4 nm/V 调谐和约 4 GHz 带宽的光束转向。
2025-01-10 physics.app-ph physics.optics
Janus and Huygens' dipolar sources for near-field directionality
控制发射、散射和波导的方向性是量子光学技术、集成光子学和新超颖表面设计以及无线电和微波工程中的重要要求。最近，已经开发了几种方法来实现依赖于惠更斯偶极源的远场中的单向散射，以及基于涉及圆极化电或磁偶极的自旋霍尔效应的波导光学器件中的单向散射，所有这些都可以用等离子体或介电纳米颗粒来实现。在这里，我们表明，存在一个偶极源互补惠更斯偶极子，称为Janus偶极子，这是不是在远场方向，但其耦合到波导模式的拓扑保护，使它被允许在一侧的偶极子，但不是在相反的一侧。惠更斯偶极子的近场方向性也被揭示，并介绍了一个广义的Kerker的远场和近场方向性的条件。圆形电偶极和磁偶极，与惠更斯和Janus偶极源一起，形成了一套完整的远场和近场定向偶极源，为有前途的应用铺平了道路。
2017-08-14 physics.optics
Mid-infrared directional surface waves on a high aspect ratio nano-trench platform
光学表面波，高度本地化的模式绑定到介质的表面，使光在纳米级的操纵，从而影响了纳米科学的广泛领域。利用人工设计的光学材料--超材料作为界面接触介质，可以显著改善表面波的传播，甚至产生新型的波。在这里，我们证明了高深宽比（1：20）的光栅结构与等离子体层在深纳米级沟槽功能作为一个多功能的平台，支持表面和体积红外波。表面波表现出独特的特性组合，如方向性，宽带存在（从4 μ m到至少14 μ m及以上）和高度局部化，使其成为有效控制红外频率范围内的光的有吸引力的工具。
2017-04-20 physics.optics
Directing Monolayer Tungsten Disulfide Photoluminescence using a Bent Plasmonic Nanowire on a Mirror Cavity
在不影响场增强的情况下设计定向光学天线需要专门设计的光学腔。在这里，我们报告的实验观察定向光致发光发射从单层的二硫化钨使用的反射镜腔上的等离子体纳米线。几何形状提供了场增强和方向性的光致发光通过将单层之间的延伸腔滴铸弯曲的银纳米线和金镜形成。我们使用傅立叶平面成像技术成像的光致发光发射波矢量。该腔在一个狭窄的波矢范围内耦合出辐射，径向和方位角扩展分别仅为11.0°和25.1°。此外，我们进行了三维有限差分时域数值计算，以证实和理解的实验结果。我们设想，这里提出的结果将很容易利用片上耦合应用和设计非弹性光学天线。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Polarization effect and emission control in asymmetric cross-shaped slot antennas surrounded with periodic corrugations
我讨论的进展，在非对称的十字形等离子体天线的基础上，由表面波纹包围的谐振纳米孔径的发展。通过剪裁孔径和周围的表面，我们显示了方向性和偏振控制的透射光。
2019-07-11 physics.optics
Enhanced four-wave mixing with nonlinear plasmonic metasurfaces
等离子体超颖表面提供了一种有效的方式来提高几种非线性过程的效率，同时保持纳米尺度。在这项工作中，非线性超颖表面的基础上的薄膜耦合银纳米带加载克尔非线性材料，以实现有效的四波混频（FWM）。高度局域化的等离子体共振在金属膜和纳米条之间的纳米间隙中形成。局部电场在该亚波长纳米区域中显著增强。这些属性与由于无反射区域而导致的松弛的相位匹配条件相结合，导致巨大的四波混频效率，与裸银屏相比，该效率提高了十九个数量级。此外，有效的可见光和低太赫兹源可以构建基于所提出的非线性超表面。四波混频产生的相干波具有方向性，其输出功率对激发源的入射角相对不敏感。该辐射功率可以通过增加激励功率来进一步增强。置于纳米间隙中的介电非线性材料是产生超强四波混频响应的主要原因。基于所提出的非线性超颖表面设计，可以设想设计跨越不同频率范围的紧凑且高效的波混频器和光源。
2016-06-13 physics.optics
Amplitude and phase control of guided modes excitation from a single dipole source:engineering far- and near-field directionality
从组合的电和磁偶极源的远场辐射图的设计最近在实现定制的反射和折射的纳米光子超颖表面中找到了应用。这种偶极源也表现出重要的近场倏逝波耦合特性，在偏振测量和量子光学中具有应用。在这里，我们介绍了一个严格的理论框架，工程的角度谱，包括远场和近场的电和磁源，并开发一个统一的描述自由空间和导模定向辐射。该方法使用磁偶极子和电偶极子的六个复值分量的全参数空间，以工程建设性或破坏性的近场干扰。这样的偶极源可以用电介质或等离子体纳米颗粒来实现。我们展示了如何设计一个单一的偶极源，以实现选择性耦合到多个波导模式和远场同时具有所需的幅度，相位和方向。
2019-07-15 physics.optics
Coexistence of Scattering Enhancement and Suppression by Plasmonic Cavity Modes in Loaded Dimer Gap-Antennas
等离子体纳米天线在光学传感、单分子探测、增强光学非线性效应、表面光谱、光化学、光电子、光电子学等方面具有广阔的应用前景。本文研究了一种由两个金属纳米棒制成的二聚体间隙天线，其键合偶极子的纵向等离子体天线模（AM）可以与横向等离子体腔模（CM）竞争，产生显著增强或抑制的散射效率，这取决于CM的对称特性（例如，径向阶数n和方位角量子数m）。更具体地说，它表明，一个适当加载的间隙层，使大量的激励环矩和它的强相互作用与AM偶极矩，导致在Fano或电磁感应透明（EIT）的散射光谱中的类似的配置文件。然而，对于具有非零方位角数的CM，频谱以各自的AM和CM共振的累积签名为特征。我们提供详细的近场和远场分析这些现象，显示模式重叠和相位关系的基本时刻的不同顺序起着至关重要的作用。提出了一个经典的耦合振子模型，它清楚地再现了散射增强和抑制的共存。最后，我们表明，AM和CM的谐振频带可以通过调整的几何参数和负载的介电常数进行调谐。我们的研究结果可能是有用的等离子体隐形，自旋偏振定向光发射，超灵敏的光学传感，等离子体介导的光致发光。
2015-08-13 physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Valley-dependent emission patterns enabled by plasmonic nanoantennas
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
研究通过等离子体纳米天线调控单层过渡金属二硫化物中谷极化激子的发射模式，实现谷极化发光的精确控制，为谷电子学和量子信息器件提供新平台。
2025-09-25 physics.optics
Phase-matched electron-photon interactions enabled by 3D-printed helical waveguides
本文提出利用双光子聚合3D打印的螺旋光纤波导实现电子-光子相位匹配，使电子驱动辐射定向发射，并为电子束整形与加速提供新途径。
2025-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
A rotary plasmonic nanoclock
纳米光子学的基本挑战之一是获得对纳米级光学元件的完全控制。精确的时空安排决定了它们的相互作用和集体行为。为此，DNA纳米技术被用作一种前所未有的工具，以创建具有优异的空间寻址能力和时间可编程性的纳米光子器件。然而，目前大多数DNA组装的纳米光子器件只能在随机或极少数定义的状态之间重新配置。在这里，我们展示了DNA组装的旋转等离子体纳米锁。在这个系统中，转子金纳米棒可以相对于定子金纳米棒进行定向和可逆的360度旋转，在由DNA燃料提供动力的16种明确定义的配置之间转换。全圈旋转过程由光谱学实时监测。我们进一步证明了由DNA酶-RNA相互作用提供动力的等离子体纳米锁的自主旋转。这种组装方法为完全自下而上的先进纳米光子系统铺平了可行的道路。
2021-05-03 physics.app-ph physics.optics
Long-range molecular energy transfer mediated by strong coupling to plasmonic topological edge states
本文利用含长程相互作用的耦合偶极子框架研究分子材料与二维等离激元阵列拓扑边缘态的弱、强耦合，证明其可增强分子间高度定向的长程能量转移。
2024-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlling spontaneous emission with plasmonic optical patch antennas
我们实验证明了控制的自发发射率和辐射模式的胶体量子点确定性地定位在等离子体贴片天线。该天线由一个薄的金微盘30 nm以上的厚金层。所示的发射器辐射通过整个贴片天线在一个高度定向和垂直的辐射模式。观察到强烈的加速自发发射，取决于天线的大小。考虑到发射器的双偶极结构，这对应于垂直于盘的偶极的Purcell因子高达80。
2012-09-28 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Enhanced Emission from Ultra-Thin Long Wavelength Infrared Superlattices on Epitaxial Plasmonic Materials
分子束外延允许波长灵活的外延红外等离子体材料与量子工程红外光电有源区的单片集成。我们的实验表明，从超薄（1/32波长的总厚度）长波长红外（LWIR）超晶格生长在高度杂质半导体设计师的金属虚拟衬底上的光致发光的六倍增强相比，相同的超晶格生长在未掺杂的虚拟衬底上。通过并矢格林函数形式主义的发射过程的分析和数值模型与实验结果一致，并与所观察到的增强发射的结合Purcell增强由于表面等离子体模式以及方向性增强由于腔-基板-发射极相互作用。提出的结果提供了一个潜在的路径，高效，超亚波长长波红外发射器设备，以及单片外延架构提供的机会，调查耦合等离子体/光电材料中的光-物质相互作用的极限。
2019-10-25 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Dielectric-Plasmonic Nanoantenna with Multiresonances for Subwavelength Photon Sources
由光学纳米天线诱导的量子点的光致发光的增强已经被大量研究，但是在优化和优化这样的结构方面仍然有很大的兴趣，特别是当伴随着实验演示时。大多数实现使用等离子体平台，有些还使用全介电纳米天线，但混合介电-等离子体（亚波长）纳米结构很少探索。在本文中，我们提出并证明了单亚波长混合介质-等离子体光学纳米天线耦合到本地化的量子点发射器，构成高效和明亮的单向光子源下的光泵。为了实现这一目标，我们设计了一个硅纳米环，它位于一个金镜上，其间有一个10 nm的间隙，其中嵌入了一个胶体量子点的组装体。这样的结构支持（辐射）天线模式和（非辐射）间隙模式共振，我们利用它的双重目的的出耦合的量子点发射的光到远场与平面外的方向性，并通过光泵增强点的激发。此外，共振光谱位置的几乎独立的控制可以通过简单的几何参数，如环的内径和外径的调整，使我们能够方便地调整这些共振相对于量子点的发射和吸收波长。使用所提出的架构，我们获得实验平均荧光增强因子高达$654\times$倍，主要是由于高辐射效率，并与定向发射的光致发光成一个圆锥体的$\pm 17\degree$在垂直于样品平面的方向。我们相信这里提出的解决方案是可行的，并与下一代发光器件相关。
2023-02-28 physics.optics
Multipole resonances and directional scattering by hyperbolic-media antennas
我们建议使用由天然双曲材料六方氮化硼（hBN）制成的光学天线，并且我们证明这种介质是等离子体和全介电材料的一种有前途的替代品，用于实现基于它们的高效亚波长散射体和超颖表面。我们从理论上表明，双曲介质中的粒子具有不同的共振，使高k波的支持和他们的反射从粒子边界。在这些共振中，存在电四极激发，其引起粒子的磁共振，类似于高折射率粒子中发生的情况。粒子共振的激发伴随着纳米粒子阵列的反射下降到接近零的值，这可以归因于共振Kerker效应。如果粒子以周期d排列在间隔物阵列中，则在波长d、d/2、d/3等处可能有窄晶格共振。这提供了额外程度的控制和可能性，以在由阵列间隔限定的波长处激发共振。对于hBN粒子与双曲色散，我们表明，全范围的共振，包括磁共振和反射的减少，是可能的。
2017-06-22 physics.optics
Designing plasmonic eigenstates for optical signal transmission in planar channel devices
片上光电和全光信息处理范例需要紧凑的信号传输实现，纳米级表面等离子体激元电路提供了相关的解决方案。这项工作证明了由晶体腔支持的2D等离子体本征模介导的定向信号透射率。通道装置包括两个介观三角形输入和输出端口，并在可见光到红外范围内维持离域的高阶等离子体共振，以实现在超过2 $μ$ m的距离上耦合的两个受限入口和出口之间的可控透射率。当旋转入射线偏振时，透射率衰减> 20dB，从而提供方便的切换机制。对于给定的工作波长的最佳透射率取决于设置支持离域模式的空间和光谱特性的器件的几何设计。我们的方法是高度通用的，并开辟了更复杂的信息处理使用纯等离子体或混合纳米光子架构的方式。
2018-09-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
