我们对光、物质及其相互作用的迷恋一直是新型光学材料出现背后的驱动力，从各种有机和无机电介质到定制金属、光子晶体以及最近的超材料。光子超材料是由比光的波长小得多的结构组成的工程复合材料，旨在表现出反直觉的特性，如负折射率和隐形斗篷。其中一种被称为双曲色散的特性，即材料的介电常数在一个方向上为负(如金属)，在正交方向上为正(如介电材料)，具有特别引人注目的应用。这些gydF4y2Ba双曲gydF4y2Ba超材料能够以名义上无限的矢量传播波，并且在光子态(光传播的光学模式)的密度中具有宽带奇点。由于能够强烈地改变光子环境，双曲超材料能够控制几种物理和光学现象，例如自发发射和反射，从而在传感，高效led，太阳能电池和隐身技术中具有潜在的应用。gydF4y2Ba

图1所示。(a) Förster供体-受体能量转移示意图，显示了供体的光吸收、供体的辐射和非辐射弛豫过程(WD)、供体-受体的能量转移(γDA)和受体的弛豫过程(WA)。(b)沉积在玻璃上的染料掺杂薄膜的发射衰减率τ0−1和Förster能量转移常数γ，最外层为氟化镁的超材料(MM-1)，最外层为银的超材料(MM-2)，银膜(Ag)和金膜(Au)。gydF4y2Ba

本文研究了金属和双曲超材料附近的修正光子环境对Förster能量传递的影响。以西奥多Förster命名，他在1946年首次提供了对这一过程的定量见解，能量从一个兴奋的供体(如原子、分子或荧光团)到附近的受体(图1a)的非相干转移是物理学和生物学中许多重要现象背后的一个使能过程。其中一个过程是植物的光合作用，在这个过程中，受阳光激发的发色团传递能量以有效地发挥植物的功能。通常，能量转移发生在几纳米量级的距离上，并在显微镜、光谱学和细胞和蛋白质的生化跟踪中得到应用。然而，介质/光子环境对Förster能量传递的影响在文献中一直存在广泛的争论。一些相互矛盾的理论和实验研究都声称，通过改变光子环境可以提高、抑制或保持能量转移的速率。这种广泛的主张和发现使得这项工作中的观察尤为重要。gydF4y2Ba

在这项工作中研究的实验样品包括两种染料的混合物，它们沉积在不同的基材上，如玻璃、银、金和双曲超材料。染料的选择使得一种染料(供体)的发射光谱与另一种染料(受体)的吸收光谱之间有很好的重叠，这是有效Förster能量转移的先决条件。使用光谱和时间分辨发射测量相结合的方法来确定发射衰减率(gydF4y2BatgydF4y2Ba_ogydF4y2Ba)和Förster能量转移速率(gydF4y2BaggydF4y2Ba)在不同基质上的染料分子之间。该研究的主要结论有两点:1)Förster能量转移在金属和双曲超材料附近受到抑制——光子态的高局部密度光子环境;2)促进自发发射的相同介质环境也抑制了Förster能量转移(图1b)。gydF4y2Ba

作者推断，在常规介电介质中依赖于局部介电环境的各种其他物理现象，可以在双曲超材料、等离子体结构和腔等定制系统中进行控制。这个概念甚至可以扩展到生物过程和化学反应(如生锈和氧化)，这可以通过简单地改变反应发生的介电环境来控制。gydF4y2Ba

Thejaswi U. TumkurgydF4y2Ba^{1、2gydF4y2Ba}和gydF4y2Ba米哈伊尔·a·诺吉诺夫gydF4y2Ba^{2gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba}美国莱斯大学电气与计算机工程系，休斯顿，德克萨斯州gydF4y2Ba
^2gydF4y2Ba诺福克州立大学材料研究中心，美国弗吉尼亚州官方manbetx手机版诺福克gydF4y2Ba

出版gydF4y2Ba

金属表面和双曲超材料附近Förster能量传递的控制。gydF4y2Ba
Tumkur TU, Kitur JK, Bonner CE, Poddubny AN, Narimanov EE, Noginov MAgydF4y2Ba
法拉第讨论，2015gydF4y2Ba

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