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手性L形纳米结构与手性无关纳米棒耦合产生的巨大圆二色性：多极与偶极共振模式的异常行为
摘要： 手性作为生物体的固有属性长期以来为人所知，随着手征超材料的迅速兴起，引发了研究者们的兴趣。贵金属纳米结构在可见光和近红外波段的手征光学响应已被广泛研究。本文提出了一种双层银超结构：底部为手性L型纳米结构，顶层非手性纳米棒相对于底部手性L型纳米结构的长臂/短臂以不同位置耦合排列。该结构通过两层间多极共振模与偶极共振模的强耦合，在可见光和近红外波段产生了巨大的圆二色性（CD）信号。当调整非手性纳米棒位置时，观测到CD光谱出现异常反转现象，同时由于多极共振模的作用，短波长范围内CD强度提升了四倍。在采用斜角沉积法制备该结构时，通过基底方位角控制非手性纳米棒的位置。本研究揭示了手性L型纳米结构与非手性纳米棒之间耦合强度的变化规律，其成果可用于设计面向传感设备的手性-非手性复合纳米天线。
关键词： 超材料、圆二色性、斜角沉积、等离子体学、手性
更新于2025-09-23 15:21:01
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一种用于无线应用的紧凑型共面波导馈电CRR加载四元超材料阵列天线
摘要： 本文设计并讨论了一种用于无线应用的紧凑型共面波导（CPW）馈电闭合环谐振器（CRR）加载四元超材料（MTM）阵列天线。该阵列采用功分馈电网络设计，各单元可提供3 dB功率分配。所提出的1×4 MTM阵列天线在谐振频率fr=2.26 GHz处具有10.18%的相对带宽，在2.26 GHz谐振频率下可实现5.10 dBi的端射方向增益。阵列每个单元均包含CRR结构，无需过孔即可实现单平面MTM阵列设计。单天线单元的整体电尺寸为0.255λ0×0.155λ0×0.012λ0（紧凑），其中λ0为谐振频率fr=2.3 GHz时的自由空间波长。该MTM阵列天线在ANSYS HFSS 14.0中完成设计与仿真，仿真结果通过实物样机验证。
关键词： 无线应用、超材料、紧凑型、CRR加载、CPW馈电、阵列天线
更新于2025-09-23 15:21:01
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一种用于热光伏能量转换应用的中红外全半导体选择性超材料发射器设计（具有更大特征尺寸）
摘要： 热光伏（TPV）系统通过传导、对流和/或辐射吸收热量并转化为电能。采用发射波长略高于带隙能量的窄带选择性发射体向TPV光电二极管发射光子，可提升TPV能量转换效率。我们数值模拟报道了一种由p型硅（硼掺杂）圆柱形单层结构构成的选择性超材料（MM）发射体设计。该无衬底设计在3.47微米波长处实现94.8%的峰值吸收率，其最小横向尺寸为0.8微米。研究发现该吸收源于结构中电场与磁场的共振效应。相比同类波段工作的既有选择性MM发射体，本设计更大的结构尺寸使其图案化工艺显著简化。我们认为这项工作为开发大面积全半导体选择性MM发射体（具有多种峰值吸收波长）的TPV应用研究指明了方向。
关键词： 光学吸收体、超材料、选择性发射器
更新于2025-09-23 15:21:01
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红外等离子体纳米晶体与激子纳米晶体的二元超晶格
摘要： 纳米晶体的自组装超晶格能像固态晶体调控原子间键合那样，实现对纳米晶体间耦合的精准控制。通过组装不同特性（如等离子体、激子、介电或磁性）的纳米晶体，我们可以构建具有新功能的丰富二元超晶格超材料。本研究首次将红外等离子体Cu2?xS纳米晶体引入成功构建二元超晶格的材料库。我们率先制备出由大尺寸激子（PbS）纳米晶体与小尺寸等离子体（Cu2?xS）纳米晶体组成的多种二元超晶格——两者均在红外波段共振。随后通过调控大尺寸Cu2?xS纳米晶体的表面化学性质，成功构建出结构类似的大尺寸Cu2?xS与小尺寸PbS纳米晶体的超晶格。采用透射电子显微镜（TEM）和掠入射小角X射线散射（GISAXS）对两类超晶格进行了表征。此外，我们对大尺寸Cu2?xS纳米晶体的独特表面修饰还避免了其对PbS纳米晶体光致发光的化学淬灭效应——当PbS纳米晶体与未修饰的Cu2?xS纳米晶体混合时会出现该现象。这些合成成果建立了一系列二元超晶格体系，可用于研究红外等离子体与激子纳米晶体在不同对称性和化学计量比下的耦合机制。
关键词： 红外量子点、纳米晶体、自组装、超晶、超材料、二元超晶格、掠入射小角X射线散射（GISAXS）
更新于2025-09-23 15:21:01
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光学超材料现象 || 超材料中的无序性
摘要： 自超材料问世以来，人工结构材料中的无序性一直是广泛讨论的课题。光学频段的超材料可视为一种具有特殊性质的人造结构材料，其显著特征之一是不同方向的等效介电常数存在差异，且可通过精心设计结构进行调控。值得注意的是，这种特性会因无序性的存在而得到增强，这意味着超材料可能比传统金属或有序超材料更灵活地支持表面等离子体（SPs）传播。例如在光子晶体中，某些无序性会显著破坏基于相长干涉的反射和透射性能。本章将探讨三种无序超材料模型：(i)旋转无序、(ii)滑移无序和(iii)位置无序。
关键词： 滑动无序、旋转无序、位置无序、表面等离子体、超材料、无序
更新于2025-09-23 15:21:01
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光学超材料现象 || 有源光学超材料
摘要： 世纪之交，物理学、电气工程和材料科学的交叉领域诞生了一个新研究方向。超材料研究致力于通过合理设计并排列材料的构建单元，使其获得远超原始组分材料的物理特性。该概念通常与电磁波传播相关联——通过对谐振亚波长结构进行工程化设计，可以精确控制有效波特性。正是这种先进功能使独特波现象的实现成为可能，例如突破衍射极限的光聚焦或物体电磁隐身等概念，这些设想既激发了研究人员的灵感，也引发了公众的广泛想象。值得注意的是，功能性要素是超材料概念中不可或缺的组成部分。
关键词： 纳米等离子体学、等离子体学、负折射率、光学增益、超材料
更新于2025-09-23 15:21:01
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具有高性能宽带线偏振波非对称传输的双层手性超材料
摘要： 本文提出了一种新型双层手征超材料（CMM），用于实现10.1GHz至15.1GHz微波频段内线极化电磁波（EM）的高效宽带非对称传输（AT）。为此，在薄介质基板两侧设置了一对改进型谐振器。仿真与实测结果证实：以x极化或y极化形式入射的线极化波经过该原型结构传输后，几乎能完全转换为正交极化（通过极化旋转方位角得以验证）。在所述频段内，极化转换率（PCR）超过92%。研究详细讨论了改进型谐振器、方位旋转角及随频率变化的手征参数的全参数仿真。此外，通过展示该结构的表面电流分布，探究了交叉极化及其对应极化转换的物理机制。
关键词： 超材料、手性超材料、线偏振波、非对称传输
更新于2025-09-23 15:21:01
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磁手性效应的Born-Kuhn模型
摘要： 本研究聚焦于光学波段磁手征（MCh）效应的理论与数值研究。通过描述置于外静磁场中、具有时间和空间反演对称性破缺介质的电动力学——即采用双正交耦合振子构成的Born-Kuhn模型，从理论上推导了该介质的本构方程与折射率。结果表明：即便磁光效应与旋光性之间不存在固有相互作用，仍可诱导产生磁手征效应。该研究还针对深紫外波段具有磁性与手征性的超材料进行了电磁响应数值模拟，所得结果与理论主要结论高度吻合。本文为实现在光学波段构建磁手征超材料奠定了基础。
关键词： 光学活性、磁手性效应、超材料、玻恩-库恩模型、磁光效应
更新于2025-09-23 15:21:01
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径向非均匀亚波长球体的极化率
摘要： 本研究考察了亚波长核壳球的极化率，其中壳层具有径向非均匀的介电常数分布。通过散射势和相应散射振幅对静电极化率进行数学处理，最终推导出依赖于径向非均匀函数的极化率通用表达式。该通用模型应用于两种特例：幂律分布和具有指数径向依赖性的新型介电常数分布。所提分析以简明方式量化了非均匀性效应，可直接应用于天然或人工介电非均匀性，服务于超材料范式内外的广泛应用场景。特别地，在幂律介电常数分布的核壳球中识别出对称-反对称共振等离子体简并这一特殊案例，该简并现象可用于实验验证非均匀性诱导效应，或适用于需要强耦合共振机制的应用。此外，该分析为纳米尺度渐变折射率等离子体粒子的电动力学散射效应提供了唯象与第一性原理建模途径。该描述方法亦可直接用于含非均匀材料新型计算方法的基准测试或逆散射研究。
关键词： 逆散射、亚波长、核壳球体、散射势、超材料、径向指数依赖性、极化率、散射振幅、等离子体简并、径向非均匀介电常数、幂律分布
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于单层超材料的可调四频段传输响应
摘要： 我们研究了微波（GHz）频段平面超材料（MMs）中类电磁感应透明（EIT）效应。本研究所用特定超材料由切线谐振器/环形谐振器构成，通过亮模与准暗模耦合及晶格模式耦合，在单层结构中实现了双重类EIT效应。此外，通过调节两谐振器间距，获得了微波波段的四频带EIT光谱响应，所设计结构在类EIT共振处的群折射率高达4000。本研究为多频谱类EIT效应提供了设计方法，可能在低损耗慢光器件、多路切换传感器及其他传感设备等领域具有应用前景。
关键词： 微波频率、慢光器件、四频段传输、电磁诱导透明、超材料
更新于2025-09-23 15:21:01