Thermoplasmonics under optically coupled regime: A Numerical Study of Dimers, Nanolenses, and Switchable Clusters
Centro de Fı́sica de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），巴斯克研究共同体-巴斯克国立大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）
通过光学耦合控制等离子体纳米结构的热效应，研究双极、纳透镜和可切换簇的热分布与调控方法，为热等离子体系统设计提供新思路。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Design and Analysis of Surface Plasmon Enhanced Electric Field in Al, Ag and Au Nanoparticle Dimers for UV-Visible Plasmonics
现在已经确定，由于等离子体纳米系统中局部表面等离子体共振的激发，来自外部照射源的电场在其附近被极大地放大。在等离子体纳米系统附近的表面等离子体介导的电场放大对于以下应用是至关重要的：太阳能电池的光吸收增强，使用表面增强拉曼光谱的分子检测，使用等离子体增强FRET的生物大分子如蛋白质、脂质和核酸的邻近测量，使用光热效应的癌症治疗，仅举几个应用。目前的工作制定Bergman-Milton多极光谱展开方法调查的表面等离子体介导的电场放大的二聚体排列的Al，Ag和Au纳米粒子。与孤立的球形纳米颗粒相比，它们的聚集体提供更大的场增强、更宽的光谱调谐和多个共振特征。鉴于二聚体结构优越的等离子体特性，对电场增强进行了系统的研究，并评估了它们在紫外-可见应用中的适用性。的作用，颗粒大小，嵌入介质和粒子间的分离场放大和波长调谐量化。此外，等离子体纳米粒子二聚体的紫外可见光谱窗口的设计。
2017-10-01 physics.optics
Light trapping using dimer of spherical nanoparticles based on titanium nitride for plasmonic solar cells
本文设计了一种基于TiN的球形二聚体等离激元纳米颗粒用于光伏光捕获，通过对比Ag、Au、Al证明其在可见光与近红外波段具有更优的吸收增强性能，可将硅的平均吸收功率从约19%提升至约75%。
2023-07-09 physics.app-ph physics.optics
Full-wave electromagnetic modes and hybridization in nanoparticle dimers
等离子体杂化理论是基于麦克斯韦方程的准静电近似。它不考虑磁相互作用、阻滞效应和辐射损失。磁相互作用在介电纳米颗粒的散射中起着主导作用。延迟效应在模式与入射辐射的耦合以及确定其辐射强度中起着重要作用;它们的排除可能导致对激发模式和散射功率谱的错误预测。辐射损失可能导致散射共振的显著加宽。我们提出了一个非厄米复合系统的杂交理论的基础上，充分的麦克斯韦方程组，克服了所有的等离子体杂化理论的局限性，解锁介电二聚体的描述。作为一个例子，我们分解的散射场从硅和银二聚体，在不同的激发条件和间隙大小，在二聚体模式，精确定位的杂交孤立球模式背后。
2019-04-04 physics.optics
Acoustic Mode Hybridization in a Single Dimer of Gold Nanoparticles
该研究首次对单个金纳米颗粒单体和二聚体进行超低频微拉曼散射测量，揭示了二聚体中由聚合物介导的力学耦合导致的振动模式杂化及四极模式频移，并通过有限元模拟验证了实验结果，为纳米尺度振动研究提供了新方法。
2024-01-15 physics.optics
Plasmonic modes in cylindrical nanoparticles and dimers
我们提出了解析表达式的准静态近似内的圆柱形纳米粒子的等离子体激元模式的共振频率。我们的理论模型使我们能够获得具有任意纵横比的金属圆柱体的纵向和横向极化偶极模式，这使我们能够捕获等离子体纳米盘和纳米线的物理特性。我们还计算了量子力学修正这些谐振频率由于溢出效应，这是相关的纳米尺寸的圆柱体。我们继续考虑耦合的局部表面等离子体在二聚体的圆柱形纳米粒子，这导致集体等离子体激元激发。我们扩展我们的理论形式主义，构建一个分析模型的二聚体，描述的演变与纳米粒子间的分离所产生的明亮和黑暗的集体模式。本文对溢出效应引起的耦合模频率重正化现象进行了评述，并讨论了实验检测的一些方法。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Understanding the Coupling Mechanism of Gold Nanostructures by Finite-Difference Time-Domain Method
金纳米颗粒组装体由于单个纳米颗粒的等离子体激元模式的组合效应而显示出强的等离子体激元响应。增加结构化组装体中纳米颗粒的数量导致光学和物理性质的显著变化。我们使用时域有限差分法（FDTD）模拟分析了结构有序的金纳米棒在单体和二聚体配置的电磁响应。单体或二聚体配置中的纳米棒之间的等离子体激元耦合提供了用于调谐纳米结构内和周围的局部电场的光谱强度、空间分布和偏振的独特技术。我们的研究表明，当两个金纳米棒以端对端和并排的二聚体构型组装时，具有指数耦合行为。在端对端二聚体配置中的相邻纳米棒之间的间隙中的最大电场描述了比单个金纳米棒更显著的增强因子。我们的FDTD模拟二聚体在端到端组装小间距高达~ 40 nm可以很好地解释所观察到的实验生长动力学的金纳米棒。
2021-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Absorption cross-section spectroscopy of single strong coupling system between plasmon and molecular exciton resonance using single silver nanoparticle dimer generating surface enhanced resonant Raman scattering
研究了由单一银纳米粒子二聚体和少量染料分子组成的单一强耦合体系在表面增强共振拉曼散射（SERRS）猝灭过程中吸收截面的光谱变化。通过从消光截面中减去散射截面获得吸收截面。这些横截面的光谱变化进行了评估，使用一个经典的杂交模型组成的等离子体激元和分子激子，包括一个分子的多级属性。在散射和消光截面的变化表现出蓝移，其峰值能量和增加的峰值强度，分别在SERRS淬火。这些属性有效地再现在模型中，通过降低耦合能量。特别地，散射和消光截面中的峰表现为吸收截面中的峰或谷，这取决于散射损失的程度，这反映了二聚体尺寸。这些结果对于优化强耦合体系的电子激发态介导的光物理和光化学效应是有用的。
2019-02-23 physics.optics
Transverse optical binding for a dual dipolar dielectric nanoparticle dimer
横向光学约束力和扭矩超出瑞利近似的物理起源还没有清楚地表达日期。在这里，我们提出了一个双偶极介电二聚体的力和扭矩的解析表达式由垂直于二聚体轴传播的平面波照射。使用这个分析模型，我们探讨的杂化电偶极，磁偶极，和电磁偶极耦合相互作用的粒子上的总的力和扭矩的作用。我们发现显着偏离瑞利近似的预测，特别是对于高折射率粒子，其中的力是由磁相互作用占主导地位。与瑞利近似的预测相比，这导致二聚体稳定性增强一到四个数量级。对于扭矩的情况，这是由耦合相互作用，并增加了一个数量级。我们的研究结果将有助于指导未来的实验工作在高折射率电介质粒子的光学绑定。
2020-08-17 physics.optics
Wideband tunable infrared topological plasmon polaritons in dimerized chains of doped-silicon nanoparticles
我们研究了一维二聚掺杂硅纳米颗粒链中的拓扑等离子体激元（TPPs），作为Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型中拓扑边缘态的类比。通过考虑近场和远场偶极-偶极相互作用，解析计算了光子能带结构。对于纵向模式，它表明，能带拓扑结构可以很好地表征由复杂的Zak相的晶格常数和掺杂浓度无关。通过数值求解有限系统的本征模，发现具有非零复Zak相位的二聚化链支持在两个边缘上局部化的非平凡拓扑本征模。此外，通过改变Si的掺杂浓度，可以将TPP的谐振频率从远红外调谐到近红外，并且边缘模式的局域长度也相应地被调制。由于这些TPP是高度保护的模式，可以实现电磁波的强约束，并且也不受杂质和无序的影响，因此它们可以提供用于红外光谱中的鲁棒和增强的光-物质相互作用的潜在可调谐工具。
2019-11-07 physics.optics
Anti-crossing properties of strong coupling system of silver nanoparticle dimers coated with thin dye molecular films analyzed by classical electromagnetism
等离子体激元纳米颗粒（NP）二聚体表现出超灵敏表面增强共振拉曼散射的等离子体激元和分子激子之间强耦合的证据是在耦合共振中观察到反交叉。然而，这是不容易的实验调谐等离子体共振这样的二聚体的观察。在这项工作中，我们从理论上研究了二聚体的抗交叉性能的染料薄膜的厚度大于0.1 nm，间隙距离大于1.2 nm，根据经典的电磁原理。这些二聚体的等离子体共振光谱强烈地受到它们与染料分子的激子共振耦合的影响。二聚体光谱变化的膜厚度依赖性与银的椭圆形纳米颗粒的比较表明，偶极等离子体局域化的二聚体间隙耦合的分子激子的膜比偶极等离子体的椭圆形纳米颗粒强得多。此外，研究了通过改变周围介质的形貌和折射率来调谐等离子体共振时耦合共振的反交叉。观察到的光谱变化的椭圆形纳米粒子清楚地表现出反交叉特性，然而，二聚体的反交叉行为是更复杂的，由于强耦合的偶极子和高阶等离子体与多个分子激子。我们发现，二聚体的反交叉清楚地证实了耦合共振的折射率依赖性。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exploiting oriented field projectors to open topological gaps in plasmonic nanoparticle arrays
在过去的几年里，在纳米光子学中有多个提案来模拟拓扑凝聚态系统。然而，纳米粒子具有原子所缺乏的自由度，如尺寸或形状，可以用来探索电子学之外的拓扑结构。细长的纳米颗粒可以像长轴方向上的电场的投影仪一样起作用。然后，通过将它们定向在阵列中，可以调整它们之间的耦合，从而允许在无间隙系统中打开间隙。作为一个潜在的使用纳米粒子的拓扑结构的取向的证明，我们研究了一维链的长球形银纳米粒子。我们表明，在这些阵列中的空间调制的极化允许打开的差距，工程师隐藏的晶体对称性和开关的开/关或左/右边缘状态取决于入射电场的极化。这开辟了一条利用纳米粒子的拓扑结构特征超越凝聚态系统类似物的道路。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Design Considerations of Gold Nanoantenna Dimers for Plasmomechanical Transduction
采用有限元方法研究了金纳米盘、纳米立方体和纳米棒二聚体等离子体相互作用产生的内部光学力。通过观察纳米立方体二聚体中最大的光学力，发现电场增强和光学力之间存在直接的相关性。此外，通过采用激发源的光功率来实现光学力的进一步放大。观察到光学力的强度由纳米颗粒上的偏振密度的大小决定，其可以通过修改纳米颗粒的几何形状和源波长来改变。这项研究使我们认识到，纳米粒子的几何形状以及二聚体间的距离是优化等离子体二聚体中的光学力的最突出的设计考虑因素。这些发现有助于在等离子体纳米柱系统中实现全光调制，这在超灵敏纳米机械传感和构建可重构超材料方面具有广阔的应用前景。
2021-12-20 physics.app-ph physics.optics
Radiative frequency shifts in nanoplasmonic dimers
我们研究了电磁环境对相互作用的金属纳米颗粒二聚体中等离子体激元激发共振频率的影响。等离子体激元和真空电磁波动之间的耦合引起共振频率的偏移（类似于原子物理学中的兰姆偏移），这通常在孤立的纳米颗粒中不可测量。与此相反，我们表明，这种转变导致相当大的修正纳米粒子二聚体中的偶极相互作用引起的水平分裂。对于我们在这项工作中考虑的系统参数，纵向和横向杂化模式的水平分裂之间的比率采取一个普遍的形式，只依赖于粒子间的距离，因此是高度不敏感的两个纳米粒子的精确制造细节。我们讨论的可能性，成功地执行建议的测量使用国家的最先进的纳米等离子体结构。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Topological plasmons in dimerized chains of nanoparticles: robustness against long-range quasistatic interactions and retardation effects
我们提出了一个简单的模型，在一个二聚链的球形金属纳米粒子，拓扑非平凡的纳米等离子体系统的一个基本的例子集体等离子体。考虑到整个链的长程准静态偶极相互作用，我们提供了一个精确的解析表达式的集体等离子体激元的完整的准静态能带结构。Zak相位的明确计算证明了系统的拓扑物理对包含长程库仑相互作用的鲁棒性，尽管破缺了手征对称性。使用一个开放量子系统的方法，其中包括通过等离子体激元-光子耦合延迟，我们继续分析评估所产生的等离子体激元光谱的辐射频移。明亮的等离子体激元带经历依赖于尺寸的辐射位移，而暗带基本上不受光-物质耦合的影响。值得注意的是，上横向偏振带呈现对数奇点，其中准静态光谱与光锥相交。在波矢量远离这个交叉点和亚波长纳米粒子，等离子体-光子耦合只导致定量重建的能带结构和拓扑保护状态的边缘的第一布里渊区基本上不受影响。
2018-10-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analytical approach to the surface plasmon resonance characteristic of metal nanoparticle dimer in dipole-dipole approximation
本研究主要探讨双粒子相互作用对含有两个相同金属纳米粒子的二聚体表面等离子体共振的影响。考虑到类Drude模型中的偶极-偶极相互作用，推导出了每个NP的介电常数的适当方程。通过对实验数据的分析，考虑了与经典约束相关的有限尺寸纳米颗粒的恢复力，并对该恢复力进行了适当的调整。考虑了激光束电场的两种不同偏振态，结果表明，电场的取向对二聚体的线性光学性质有重要影响。对4 nm和20 nm两种不同直径的金纳米粒子的二聚体进行了数值研究。对于平行极化，偶极-偶极相互作用导致SPR波长红移，峰值增大，而对于垂直极化，结果完全相反。对于所有的情况下，它示出的SPR波长功能相对于的几何因子$a/d$（NP半径的分离）可以提出一个三次方程，适合更好地比指数的建议，由早期的研究，这表明偶极-偶极特性的相互作用。定性地说，我们的结果与其他实验研究吻合得很好。
2020-01-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling Realistic Dynamics of Nanoparticle Dimers for Magneto-Optical Matter
本文提出基于Langevin动力学和真实碰撞的通用数值框架，研究静态磁场调控下n掺杂InSb纳米颗粒二聚体的动态光学结合，证明磁光共振下二聚体可在碰撞存在时稳定结合。
2025-03-10 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
All-Optical Nanometric Switch based on the Directional Scattering of Semiconductor Nanoparticles
研究了一种基于硅纳米颗粒二聚体的结构，该结构在可见光范围内呈现定向散射，作为一种新的全光开关设计。在相同的入射波长下，满足零后向散射和最小前向散射条件的球形纳米颗粒的组合可以在纳米颗粒之间的区域中产生散射场的最大值或最小值。入射波长的调制可以用作开关参数，由于这些条件的敏感性，它。优化的二聚体设置，无论是在纳米粒子和入射波长之间的距离，进行数值计算，以获得最大的对比度。此外，近场和远场分布的电场已被认为是。
2015-07-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multilayer nanoparticle arrays for broad spectrum absorption enhancement in thin film solar cells
在本文中，我们提出了一个理论研究的吸收效率提高的薄膜非晶硅（a-Si）光伏电池在一个广泛的光谱波长使用多个纳米粒子阵列。光吸收效率在较低波长中通过表面上的纳米颗粒阵列增强，并且在较高波长中通过嵌入有源区中的另一纳米颗粒阵列增强。在中间波长处的效率通过来自两个纳米颗粒层的同时共振而增强。我们通过调整两个阵列中粒子的半径、阵列的周期和两个阵列之间的距离来优化这种设计。在300 nm厚的a-Si衬底上，优化后的总量子效率为62.35%。
2014-04-11 physics.optics
Necessary conditions for out-of-plane lattice plasmons in nanoparticle arrays
金属纳米粒子阵列支撑的离面晶格等离子体激元（OLP）由于其非常窄的线宽和显著的局部场增强而具有广泛的应用前景。在这里，我们调查的必要条件，金属纳米粒子阵列，以实现OLP。结果表明，除了满足文献中提出的大高度、斜入射、TM极化等前提条件外，还应在一定范围内合理设计阵元周期，保证介质环境均匀，优化阵元高度和入射角。我们希望这项工作将促进理解和工程的金属纳米粒子阵列中的OLP，并促进其在纳米激光器，超灵敏的生化传感器，和非线性光学的应用。
2019-01-31 physics.optics
One-dimensional plasmonic hotspots located between silver nanowire dimers evaluated by surface-enhanced resonance Raman scattering
表面增强共振拉曼散射（SERRS）的热点位于等离子体纳米颗粒（NP）二聚体的间隙或裂缝处的1nm内。我们展示了SERRS热点与体积在一维扩展数万倍相比，标准的零维热点使用间隙或缝隙的等离子体纳米线（NW）二聚体。
2017-01-04 physics.optics
Lattice resonances under oblique light incidence on nanoparticle array
超薄光学结构，被称为超颖表面，已经显示出在纳米尺度上有前途的光控制能力。在本文中，我们研究他们的特殊情况下，一个周期性阵列的高折射率纳米粒子的电和磁共振。这项工作的主要结果是一个数值演示，晶格效应的周期性排列的纳米粒子改变共振位置，即使共振以上的衍射波长（瑞利异常）。我们表明，磁盘谐振的变化，可以实现不仅通过改变周期的阵列在正常的光入射，但也通过改变入射角。
2018-12-22 physics.optics
Resonant transmission suppression in high-index nanoparticle arrays
高折射率纳米粒子晶格由于支持光、电、磁共振并可作为功能超颖表面而引起了人们的广泛兴趣。在这里，我们证明了在特定条件下，全介电纳米颗粒超颖表面可以共振抑制传输。在可见光和近红外光谱范围内，研究了硅纳米颗粒阵列在空气和电介质基质中的电和磁偶极共振。我们表明，波共振散射向前的一个或两个电和磁的纳米粒子的偶极矩可以破坏性地干扰入射波，通过阵列的传输提供显着的抑制。报道的效应可以在与光学和光子学相关的不同领域中找到重要的应用，例如滤波器，传感器和太阳能电池的开发。
2018-11-25 physics.optics
Oscillatory optical response of amorphous plasmonic nanoparticle arrays
金属纳米颗粒阵列的光学响应由局部表面等离子体激元激发主导，并且是取决于特定阵列几何形状的通过颗粒间耦合修改的单个颗粒贡献的总和。在这里，我们仔细研究如何实验测量的大规模（30毫米$^{2}$）非晶Au纳米盘阵列的性能干单粒子的属性和它们的相互作用。它们引起等离子体激元峰位置、半峰全宽和消光效率的明显振荡行为，消光效率取决于最小粒子中心到中心（CC）距离。
2012-05-08 physics.optics
Subwavelength plasmonic kinks in arrays of metallic nanoparticles
我们分析了非线性金属纳米粒子阵列的非线性效应。我们证明，这样的等离子体系统的特点是由一个无源响应，它们可以支持耗散开关波（或等离子体扭结）连接不同的极化状态的传播。我们数值研究了等离子体扭结的性质，其特征在于由一个亚波长的范围和可调的速度。
2012-05-31 physics.optics
Sequential trapping of single nanoparticles using a gold plasmonic nanohole array
我们已经使用了金纳米孔阵列捕获单个聚苯乙烯纳米颗粒，平均直径为30 nm，到位于连接nanoslot区域的分离的热点。在980 nm处的低入射激光强度（~0.51 mW/μ m ~ 2）下获得了约0.85 fN/（nmmW）的高陷阱刚度。实验结果与模拟的捕获力进行了比较，并实现了合理的匹配。这种等离子体阵列对于芯片实验室应用是有用的，并且对于捕获具有预定义间隔或以图案排列的多个纳米颗粒以研究它们之间的相互作用具有特别的吸引力。
2018-05-04 physics.optics
Subwavelength modulational instability and plasmon oscillons in nanoparticle arrays
我们研究了亚波长金属纳米颗粒非线性阵列中的调制不稳定性，并数值分析了不稳定性发展的非线性情况。我们证明了调制不稳定性可以导致形成规则的周期性或准周期性的偏振调制。我们发现，这样的非线性纳米粒子阵列可以支持长寿命的站立和移动振荡的非线性局域模式-等离子体激元激元。
2012-05-31 nlin.PS physics.optics
Approach to tune near- and far-field properties of hybrid dimer nanoantennas via laser melting at the nanoscale
非对称金属-电介质纳米结构表现出优异的光学性质，其近场的强增强和可控的散射特性的组合，这源于等离子体和高折射率的电介质组分。在这里，受到最近的实验工作的启发[Dmitry~Zuev，\textit{et al.}，Adv. Mater. \textbf{28}，3087（2016）]关于通过纳米级的飞秒激光熔化制造不对称混合纳米颗粒的新技术，我们提出并数值研究了一种新型的混合二聚体纳米天线。纳米天线由非对称金属-电介质（Au/Si）纳米颗粒组成，可以通过激光熔化金属部件来调节近场和远场特性。我们展示了修改后的散射特性，近电场分布，归一化的局域态密度，和功率模式的辐射的纳米天线激光整形。用于调查这些影响的参数对应于实验证明的值在最近的工作。
2016-07-31 physics.optics
Faraday Rotation and Circular Dichroism Spectra of Gold and Silver Nanoparticle Aggregates
研究了贵金属纳米粒子团簇的磁光响应。我们考虑粒子的光致偶极子之间的相互作用。在磁场的存在下，最简单的非手性簇，二聚体，表现出圆二色性（CD）。二聚体的CD取决于磁场和光波矢量的方向。稠密星系团的CD对磁场的依赖性很弱。在从簇散射时，具有偏振方位$φ$的入射线偏振光变为椭圆偏振。偏振方位角旋转和椭圆度角变化是$2 φ$的正弦函数。团簇的各向异性和手征性控制了这些正弦函数的振幅和偏移。法拉第旋转和法拉第椭圆率也是$2 φ$的正弦函数。在表面等离子体激元频率附近，法拉第旋转和法拉第椭圆率增大。
2012-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid modes in Al nanoparticles arrays
详细研究了由Al纳米颗粒组成的二维阵列的晶格模与单个Al纳米颗粒的局域模之间的耦合机制。结果已获得采用时域有限差分法（FDTD）和广义米氏理论。结果表明，单粒子与二维晶格模式的相互作用显着改变消光光谱依赖于粒子半径和晶格周期。高阶瑞利反常有助于混合模的形成，从而提高了短波长范围内的消光效率。结果表明，高强度的磁性模式激发铝纳米颗粒阵列。研究了混合模式频率下的空间电磁场分布模式。我们注意到，全面理解阵列中的模式耦合机制为工程设计具有可控光学特性的不同类型的现代光子器件铺平了道路。
2020-01-31 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
Full light absorption in single arrays of spherical nanoparticles
在本文中，我们表明，阵列的核壳纳米粒子的功能作为有效的薄光吸收体。与已知的超材料吸收器相比，引入的吸收器由球形内含物的单个平面阵列形成，并且能够完全吸收入射在阵列的任一侧或两侧上的光。我们展示了实现不同类型的对称吸收器，包括谐振，超宽带，角度选择性，和全角度吸收器的可能性。这些设计背后的物理原理解释考虑平衡的电和磁响应的单元电池。光伏器件和热发射器是所提出的设计的两个最重要的潜在应用。
2015-03-23 physics.optics
Resonant transmission of light in arrays of high-index dielectric nanoparticles
我们研究了数值，分析和实验的谐振传输光波导中形成的高折射率介电纳米粒子的周期性阵列与侧耦合谐振器。我们证明了具有足够高的Q因子的谐振器提供了允许控制光的谐振传输的Fano型干涉的条件。我们提出了一个实际的实现这种谐振效应的基础上的四极共振的电介质粒子和实验证明，在微波陶瓷球。
2015-08-10 physics.optics
Tunable plasmon polaritons in arrays of interacting metallic nanoparticles
我们考虑一个简单的立方体阵列的金属纳米粒子支持扩展的集体等离子体激元，产生于近场偶极相互作用之间的局部表面等离子体激元在每个纳米粒子。我们开发了一个充分的分析量子理论的强耦合制度之间的这些集体等离子体激元和光子导致等离子体激元的纳米粒子阵列。值得注意的是，我们表明，极化激元带隙和超材料的介电函数可以显着调制光的偏振。我们揭示了等离子体超材料中的这种各向异性行为是如何通过纳米颗粒之间的偶极相互作用来介导的，尽管底层晶格是对称的。因此，我们的研究结果铺平了道路，实现可调谐量子等离子体超材料呈现相互作用驱动的双折射。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anomalous Absorption in Arrays of Metallic Nanoparticles: A Powerful Tool for Quantum Dot Optoelectronics
贵金属纳米颗粒的周期性阵列是光子学中的象征性纳米结构。它们维持局部表面等离子体共振的能力多年来一直被用于证明各种被动和主动功能，例如偶极介质和LED中的增强发光以及光电导检测器中的更高响应度。在这里，我们表明，额外的磁共振，与感应电流回路之间的纳米粒子和访问与横向电波，出现在有限的密集阵列与亚波长周期。此外，它们与系统的等离子体激元的相互作用导致电磁诱导吸收（EIA）的光谱尖锐的类似物。我们使用这些超颖表面诱导PbS纳米晶体的有源层的发射、吸收、光电导和偏振特性的变化和增强，说明EIA超越文献中迄今为止展示的被动功能的潜力。
2022-07-21 physics.optics
Fluorescence quenching in plasmonic dimers due to electron tunneling
等离子体纳米粒子提供了一个理想的环境，用于增强荧光发射。一方面，它们局部放大电磁场，增加发射体激发速率，另一方面，它们提供高的局部态密度，加速自发发射。然而，当发射体被放置在靠近单个金属纳米颗粒的位置时，非辐射状态的数量急剧增加，导致荧光淬灭。理论上已经预测，通过明智地放置发射器，等离子体纳米腔中的荧光可以单调地增加。在这篇文章中，我们表明，这种单调增加是由于使用局部响应近似的金属纳米粒子的等离子体响应的描述。我们证明，考虑到电子隧穿和周围系统的非局部性，通过量子流体动力学理论的结果最终在荧光增强淬灭时，也发射器被放置在一个纳米腔，而不是本地响应和Escheras-Fermi流体动力学理论的结果。这一结果标志着考虑量子效应的重要性，特别是，电子隧穿，以正确地描述在纳米尺度上的等离子体系统的发射效应。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fano-resonance boosted cascaded field enhancement in a plasmonic nanoparticle-in-cavity nanoantenna array and its SERS application
级联光场增强（CFE）可以在一些特殊设计的多尺度等离子体纳米结构中实现，其中在纳米尺度体积下产生极强的场对于许多应用至关重要，例如表面增强拉曼光谱（SERS）。在这里，我们提出了一种实现高质量等离子体纳米粒子腔（PIC）纳米天线阵列，其中纳米粒子暗模式与高阶纳米腔亮模式之间的强耦合可以在目标波长处产生法诺共振的策略。Fano共振可以有效地增强PIC中的CFE，场增强因子高达5 × 10 ^2。利用室温纳米压印光刻技术，开发了一种高性价比、高可靠性的纳米加工方法，用于制作高质量的PIC阵列。这种技术保证在每个纳米腔的底部仅产生一个金纳米颗粒，这对于产生预期的CFE至关重要。作为PIC阵列性能和应用的演示，它被用作活性SERS基底检测4-氨基苯硫酚分子。实验上获得了高达2 × 10 ~ 7的SERS增强因子，验证了该器件的场增强和潜力。
2015-02-03 physics.optics
In-plane plasmonic modes in a quasicrystalline array of metal nanoparticles
我们研究了二维金属纳米颗粒准晶阵列中的等离子体激元模式。模式的偏振在阵列平面内。利用旋转对称性，提出了一种简化的特征分解方法。在所有的等离子体激元模中，具有径向和切向偏振的两种反相位环模具有最高的空间局域化。由于反相环模的泄漏特性，在准晶阵列中，最高保真度的模是切向偏振模，而在孤环中，最高保真度的模是垂直于平面的偏振模。还研究了其他等离子体激元模式的泄漏特性和空间定位，例如，可能潜在地用于在等离子体激元设备中形成负响应的集体涡旋模式，以及可以用于生成具有径向偏振的光源的集体径向模式。
2010-12-12 physics.optics
Analytical study of the plasmonic modes of metal nanoparticle circular array
我们分析了金属纳米颗粒圆形阵列的等离子体模式。给出了本征模问题的封闭形式解。对于每一个极化，等离子体模式与最高的质量被发现是一个反相模式。我们发现，在辐射损失的显着抑制可以理解为在辐射线宽的偶极辐射项的取消。剩余的有限辐射线宽随着粒子数的增加而指数减小。
2007-12-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong coupling between organic dye molecules and lattice modes of a dielectric nanoparticle array
与光相互作用的等离子体结构提供电磁共振，这导致高度的局部场限制，从而能够增强光-物质相互作用。等离子体结构通常由金属组成，然而，金属遭受非常高的欧姆损耗和加热。另一方面，由于高折射率材料的低耗散性质和强散射能力，它们可以作为替代材料。我们研究了由覆盖有有机染料分子膜（IR-792）的全电介质纳米颗粒阵列组成的系统的光学性质，并将这些电介质阵列与金属纳米颗粒阵列进行了比较。我们通过改变染料膜中的浓度来调节光-物质相互作用，并报告系统处于强耦合状态。我们观察到的纳米粒子阵列的表面晶格共振（SLR）和高达253 meV和293 meV的染料分子的吸收线之间的拉比分裂，分别为电介质和金属纳米粒子。拉比分裂线性依赖于染料分子浓度的平方根，我们进一步评估拉比分裂如何依赖于膜厚度为低染料分子浓度。对于厚度为260 nm的薄膜，我们没有观察到可见的拉比分裂。然而，拉比分裂在从540 nm到990 nm的厚度处演变。我们进行时域有限差分模拟来分析近场增强的电介质和金属纳米粒子阵列。电场分别被增强了1200和400倍，分别接近金和非晶硅的颗粒，并且模式在两种材料的颗粒周围延伸超过半微米。
2020-02-13 physics.optics
Enhanced electron photoemission by collective lattice resonances in plasmonic nanoparticle-array photodetectors and solar cells
我们建议使用集体晶格共振等离子体纳米粒子阵列，以提高肖特基势垒光电探测器和太阳能电池中的光电子发射。我们表明，晶格共振（瑞利异常）和个别粒子激发（局部表面等离子体共振）的相互作用导致更强的局部场增强和显着增加的光电流相比，只有个别粒子激发的情况下。研究结果可用于设计具有高选择性、可调谐光谱响应的新型光电探测器，能够探测能量低于半导体带隙的光子，并开发效率更高的太阳能电池。
2013-10-08 physics.optics
Electron Photoemission in Plasmonic Nanoparticle Arrays: Analysis of Collective Resonances and Embedding Effects
从理论上研究了等离子体纳米粒子阵列的光电子发射特性。纳米颗粒部分嵌入半导体中，在金属/半导体界面处形成肖特基势垒，光电子可以通过肖特基势垒从纳米颗粒隧穿到半导体中;因此，在红外范围内的光电探测是可能的，其中光子能量低于半导体带隙（不足以在半导体中进行带间吸收）。纳米颗粒排列在稀疏的矩形晶格中，使得晶格诱导的瑞利异常的波长可以与单个颗粒的局部表面等离子体共振的波长重叠，从而引起来自纳米颗粒阵列的集体效应。使用全波数值模拟，我们分析了晶格常数，嵌入深度，和半导体层和相邻的透明导电氧化物层之间的折射率阶跃的影响。我们发现，周围的纳米粒子的介质之间的折射率失配的存在下，破坏了与瑞利异常相关联的窄吸收峰的形成，因此集体晶格效应在等离子体共振的形成中的作用被削弱。我们还表明，在不考虑弹道电子动力学的情况下，嵌入纳米粒子可以实现光电发射的5至20倍的增加。所得结果可用于提高等离子体基光电探测器和光伏器件的效率。这些结果可以为设计一个实验提供线索，在这个实验中，表面和体积光电效应对整个光电流的贡献将被定义。
2013-08-15 physics.optics
Classic Harmonic Oscillator Model of Coupled Metal Nanoparticles with Arbitrary Configuration in Plane
采用经典的谐振子模型研究了平面内任意构型的耦合金属纳米粒子的光学性质。耦合系数是从经典电动力学推导出来的。利用这个模型，我们可以很容易地得到耦合的MNP的光谱随系统的配置和外部光的偏振。进一步揭示了不同结构的远场电场分布。这个模型是我们以前只讨论平行和垂直激发的工作的推广。对相关应用有一定的参考价值
2023-02-23 physics.optics
Interplay between out-of-plane magnetic plasmon and lattice resonance for modified resonance lineshape and near-field enhancement in double nanoparticles array
二维双纳米粒子（DNPs）阵列理论上支持面外磁等离子体激元和面内晶格共振的相互作用，这可以通过调节纳米粒子的高度或阵列周期，由于高度依赖的磁共振和结晶度依赖的晶格共振来实现。两种等离子体激元模式的相互作用可以导致共振线形的显著变化和磁场增强的改善。当相互作用发生时，可以在两个谐振频率下在相邻颗粒之间的间隙区域中获得同时的电场和磁场增强，这呈现了作为电磁场热点的开放腔，用于检测和感测的潜在应用。这些结果不仅提供了一种有吸引力的方法来调谐等离子体纳米结构的光学响应，而且还提供了对周期性纳米结构或包含多个元素的超材料中的等离子体相互作用的进一步了解。
2013-05-12 physics.optics
Using surface lattice resonances to engineer nonlinear optical processes in metal nanoparticle arrays
局部表面等离子体共振（称为金属纳米颗粒阵列中的表面晶格共振（SLR））的集体响应可以导致高品质因数（~100）、大的局部场增强和强的光-物质相互作用。激光拉曼光谱在线性光学中有着广泛的应用，但激光拉曼光谱对非线性光学的影响却鲜有报道。在这里，我们将展示如何利用SLR来增强非线性光学相互作用。我们特别关注的和频，差频，和三次谐波产生过程，因为它们的潜力，实现新的光源。我们还展示了如何设计这样的阵列，以提高高阶非线性光学相互作用，通过级联非线性过程。特别是，我们演示了如何通过级联的二阶响应的三次谐波产生的效率可以工程。
2018-02-28 physics.optics
Heterodimer nanostructures induced energy focusing on metal film
作为近年来发现的一种有趣的表面等离子体现象，纳米二聚体在薄膜上的电磁场重分布为提高薄膜上的光功率提供了一种新的思路，可广泛应用于表面增强拉曼散射（SERS）、太阳能电池、光催化等领域。在这项工作中，尺寸差异诱导的电磁场重新分布的Ag纳米粒子二聚体在Au膜系统的第一次研究。有限元分析结果表明，纳米粒子的尺寸越小，其对金膜的聚焦能力越强，甚至达到了大纳米粒子的5倍以上。进一步的研究表明，这种能量聚焦能力与二聚体的波长和直径比有很强的关系。在薄膜上的粗丝-小颗粒系统中也发现了类似的聚焦现象。随后，在小纳米颗粒-大纳米线体系中采集的SERS光谱为这一理论预测提供了实验依据。我们的研究结果加深了对平面薄膜表面等离子体激元的理解，在表面等离子体激元相关领域具有潜在的应用前景。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theoretical insights into charge transfer plasmon lifetime
本文基于经典电磁学理论研究导电连接金纳米盘二聚体中电荷转移等离激元的光谱特征与退相干时间，发现其寿命更长且与粒子等离激元完全反相振荡，飞秒级退相干特性使其在全光计算器件中具有相干传输潜力。
2024-06-26 physics.optics
Spatial Control of Localized Oscillations in Arrays of Coupled Laser Dimers
耦合半导体激光器阵列是具有非常复杂的动力学的系统，这使得它们在光束形成和光束整形中的许多应用中是有用的。在这项工作中，我们研究了耦合光子二聚体阵列中振荡幅度的空间可控性，每个耦合光子二聚体阵列由两个不同泵浦速率驱动的半导体激光器组成。我们认为每个二聚体的稳定的相位锁定状态已成为不稳定的参数值，通过一个霍普夫分岔，我们表明，通过分配适当的抽运率值，每个二聚体，大振幅振荡共存，可忽略的小振幅振荡。空间轮廓？可以通过每个二聚体中适当的泵浦速率值来动态地控制穿过阵列的振荡幅度。这个功能被证明是相当强大的，即使是随机失谐之间的激光器，并建议一种机制，动态可重构生产的激光振幅振荡的空间分布的大的多样性。
2020-01-23 nlin.PS physics.comp-ph physics.optics
Fano resonance-assisted all-dielectric array for enhanced near-field optical trapping of nanoparticles
本文利用全介质四极纳米结构中的法诺共振效应，将纳米颗粒光捕获刚度提升二十倍，并实现了阵列内双颗粒同时捕获。
2023-08-07 physics.optics
Terahertz binding of nanoparticles based on graphene surface plasmons excitations
本工作研究了由靠近石墨烯片的介电颗粒组成的二聚体的光学结合。使用严格的电磁方法，我们计算了作用在每个纳米颗粒上的光学力。此外，我们推导出的解析表达式，使评估的贡献，石墨烯表面等离子体（GSPs）的光学结合。我们的研究结果表明，石墨烯激发表面等离子体激元产生多个平衡位置，粒子之间的距离是光子波长的几十倍。此外，这些位置可以通过调节石墨烯上的化学势来动态控制。考虑了正入射和斜入射。
2021-11-22 physics.optics
Multi-mode lasing in supercell plasmonic nanoparticle arrays
本研究提出通过在正方形等离激元纳米颗粒晶格中预留空位构建超胞的新方案，利用超胞周期产生的额外带边实现多模式激光，经实验验证并识别出对应模式，可通过调控晶格周期控制激射模式，且模式兼具横电、横磁模特征。
2023-06-06 physics.optics
Non-Hermitian physics of levitated nanoparticle array
该研究受双悬浮纳米颗粒可实现可调非互易偶极相互作用的启发，提出悬浮纳米颗粒阵列作为非厄米物理研究平台，通过非布洛赫能带理论揭示其丰富动力学相与连续谱能带自交叉等特性。
2023-10-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control of the stability and soliton formation of dipole moments in a nonlinear plasmonic finite nanoparticle array
我们进行了数值分析的有限的纳米颗粒阵列，其中的横向偶极偏振激发的均匀光场。考虑到线性长程偶极-偶极相互作用和粒子的立方偶极非线性，有限数目纳米粒子阵列的稳定性特征与无限数目纳米粒子阵列的稳定性特征相比需要进行修正。在双稳态曲线的低分支中发现了一个临界点，超过该临界点，对于有限数量的纳米颗粒，低分支变得不稳定。详细研究了外场强度和失谐频率对该临界点的影响。当粒子总数接近无穷大时，我们的结果变得与无穷大粒子系统的结果相似[cf.参考文献32]。值得注意的是，适当的外光场，形成暗偶极孤子。此外，当尺度失谐量取适当值时，形成了由两个粒子组成的双孤子（DMDS）。由于其宽度非常小，在亚波长高精度探测方面具有潜在的应用前景。
2014-11-17 nlin.PS physics.optics
Hybrid plasmonic modes for enhanced refractive index sensing
本文综述了耦合金属纳米结构中各类混合等离激元模式的物理机制，评估了其在折射率传感中的应用潜力，并展望了该领域未来发展方向，为高灵敏度等离激元传感器件研发提供参考。
2023-04-19 physics.optics
