Quantum Metamaterials: A Theoretical and Computational Approach Towards Seamlessly Integrated Hybrid Classical/Quantum Nano-structures

Informations projet

QUANTUMMETALINK

N° de convention de subvention: 648328

DOI

10.3030/648328

Projet clôturé

Date de signature de la CE 13 Mai 2015

Date de début 1 Juin 2015

Date de fin 31 Janvier 2021

Financé au titre de

• EXCELLENT SCIENCE - European Research Council (ERC)

Coût total

€ 1 779 240,00

Contribution de l’UE

€ 1 779 240,00

Coordonné par

UNIVERSITY COLLEGE LONDON
United Kingdom

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Publications

Peer reviewed articles (37)

Comparison Between the Linear and Nonlinear Homogenization of Graphene and Silicon Metasurfaces

Auteurs: Qun Ren, Jian Wei You, Nicolae-Coriolan Panoiu
Publié dans: IEEE Access, Numéro 8, 2020, Page(s) 175753-175764, ISSN 2169-3536
Éditeur: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.
DOI: 10.1109/access.2020.3026313

Four-wave mixing of topological edge plasmons in graphene metasurfaces

Auteurs: Jian Wei You, Zhihao Lan, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Science Advances, Numéro 6/13, 2020, Page(s) eaaz3910, ISSN 2375-2548
Éditeur: AAAS
DOI: 10.1126/sciadv.aaz3910

Computational analysis of dispersive and nonlinear 2D materials by using a GS-FDTD method

Auteurs: Jian Wei You, Edward Threlfall, Dominic F. G. Gallagher, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Journal of the Optical Society of America B, Numéro 35/11, 2018, Page(s) 2754, ISSN 0740-3224
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/josab.35.002754

$T$-matrix method for calculation of second-harmonic generation in clusters of spherical particles

Auteurs: Ivan Sekulic; Jian Wei You; Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Numéro 7, 2021, ISSN 0022-4073
Éditeur: Pergamon Press Ltd.
DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107643

Nonlinear one-way edge-mode interactions for frequency mixing in topological photonic crystals

Auteurs: Zhihao Lan, Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Physical Review B, Numéro 101/15, 2020, ISSN 2469-9950
Éditeur: APS
DOI: 10.1103/physrevb.101.155422

Large enhancement of the effective second-order nonlinearity in graphene metasurfaces

Auteurs: Qun Ren, J. W. You, N. C. Panoiu
Publié dans: Physical Review B, Numéro 99/20, 2019, ISSN 2469-9950
Éditeur: APS
DOI: 10.1103/physrevb.99.205404

Tunable and dual-broadband giant enhancement of second-harmonic and third-harmonic generation in an optimized graphene-insulator-graphene metasurface

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Physical Review B, Numéro 102/12, 2020, ISSN 2469-9950
Éditeur: APS
DOI: 10.1103/physrevb.102.121403

Topological valley plasmon transport in bilayer graphene metasurfaces for sensing applications

Auteurs: Yupei Wang, Jian Wei You, Zhihao Lan, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Letters, Numéro 45/11, 2020, Page(s) 3151, ISSN 0146-9592
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/ol.393302

Generation and Focusing of Orbital Angular Momentum Based on Polarized Reflectarray at Microwave Frequency

Auteurs: Fengxia Li, Haiyan Chen, Yang Zhou, Jianwei You, Nicolae C. Panoiu, Peiheng Zhou, Longjiang Deng
Publié dans: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Numéro 69/3, 2021, Page(s) 1829-1837, ISSN 0018-9480
Éditeur: Institute of Electrical and Electronics Engineers
DOI: 10.1109/tmtt.2020.3040449

Giant enhancement of the effective Raman susceptibility in metasurfaces made of silicon photonic crystal nanocavities

Auteurs: Qun Ren, Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Express, Numéro 26/23, 2018, Page(s) 30383, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.26.030383

Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures

Auteurs: Xiaoyan Y. Z. Xiong, Ahmed Al-Jarro, Li Jun Jiang, Nicolae C. Panoiu, Wei E. I. Sha
Publié dans: Physical Review B, Numéro 95/16, 2017, ISSN 2469-9950
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/PhysRevB.95.165432

Quantum mechanical analysis of nonlinear optical response of interacting graphene nanoflakes

Auteurs: Hanying Deng, David Zs. Manrique, Xianfeng Chen, Nicolae C. Panoiu, Fangwei Ye
Publié dans: APL Photonics, Numéro 3/1, 2018, Page(s) 016102, ISSN 2378-0967
Éditeur: American Institute of Physics
DOI: 10.1063/1.5009600

Surface modes in plasmonic Bragg fibers with negative average permittivity

Auteurs: Hanying Deng, Yihang Chen, Nicolae C. Panoiu, Boris A. Malomed, Fangwei Ye
Publié dans: Optics Express, Numéro 26/3, 2018, Page(s) 2559, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OE.26.002559

Polarization control using passive and active crossed graphene gratings

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Express, Numéro 26/2, 2018, Page(s) 1882, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OE.26.001882

Double-resonant enhancement of third-harmonic generation in graphene nanostructures

Auteurs: Jian Wei You, Jie You, Martin Weismann, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Numéro 375/2090, 2017, Page(s) 20160313, ISSN 1364-503X
Éditeur: Royal Society of London
DOI: 10.1098/rsta.2016.0313

Quantum Plasmon Engineering with Interacting Graphene Nanoflakes

Auteurs: David Zs. Manrique, Jian Wei You, Hanying Deng, Fangwei Ye, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: The Journal of Physical Chemistry C, Numéro 121/49, 2017, Page(s) 27597-27602, ISSN 1932-7447
Éditeur: American Chemical Society
DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b09358

Exploiting high-order phase-shift keying modulation and direct-detection in silicon photonic systems

Auteurs: Jie You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Express, Numéro 25/8, 2017, Page(s) 8611, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OE.25.008611

Circular Dichroism in Higher-Order Diffraction Beams from Chiral Quasiplanar Nanostructures

Auteurs: Christian Kuppe, Calum Williams, Jie You, Joel T. Collins, Sergey N. Gordeev, Timothy D. Wilkinson, Nicolae-Coriolan Panoiu, Ventsislav K. Valev
Publié dans: Advanced Optical Materials, Numéro 6/11, 2018, Page(s) 1800098, ISSN 2195-1071
Éditeur: Wiley
DOI: 10.1002/adom.201800098

A comparative analysis of surface and bulk contributions to second-harmonic generation in centrosymmetric nanoparticles

Auteurs: Daniel Timbrell, Jian Wei You, Yuri S. Kivshar, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 8/1, 2018, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-018-21850-8

Nonlinear optics in plasmonic nanostructures

Auteurs: N C Panoiu, W E I Sha, D Y Lei, G-C Li
Publié dans: Journal of Optics, Numéro 20/8, 2018, Page(s) 083001, ISSN 2040-8978
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/2040-8986/aac8ed

Topological surface plasmons in superlattices with changing sign of the average permittivity

Auteurs: Hanying Deng, Xianfeng Chen, Nicolae C. Panoiu, Fangwei Ye
Publié dans: Optics Letters, Numéro 41/18, 2016, Page(s) 4281, ISSN 0146-9592
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OL.41.004281

Rigorous theoretical analysis of a surface-plasmon nanolaser with monolayer MoS_2 gain medium

Auteurs: Xiang Meng, Richard R. Grote, Wencan Jin, Jerry I. Dadap, Nicolae C. Panoiu, Richard M. Osgood
Publié dans: Optics Letters, Numéro 41/11, 2016, Page(s) 2636, ISSN 0146-9592
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OL.41.002636

Theoretical and computational analysis of second- and third-harmonic generation in periodically patterned graphene and transition-metal dichalcogenide monolayers

Auteurs: Martin Weismann, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Physical Review B, Numéro 94/3, 2016, ISSN 2469-9950
Éditeur: Aamerican Physical Society
DOI: 10.1103/PhysRevB.94.035435

Resonant mixing of optical orbital and spin angular momentum by using chiral silicon nanosphere clusters

Auteurs: Ahmed Al-Jarro, Claudiu G. Biris, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Express, Numéro 24/7, 2016, Page(s) 6945, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/OE.24.006945

Theoretical Comparative Analysis of BER in Multi-Channel Systems With Strip and Photonic Crystal Silicon Waveguides

Auteurs: Jie You, Spyros Lavdas, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Numéro 22/2, 2016, Page(s) 63-72, ISSN 1077-260X
Éditeur: Institute of Electrical and Electronics Engineers
DOI: 10.1109/JSTQE.2015.2475602

Theory of pulsed four-wave mixing in one-dimensional silicon photonic crystal slab waveguides

Auteurs: Spyros Lavdas, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Physical Review B, Numéro 93/11, 2016, ISSN 2469-9950
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/PhysRevB.93.115435

Tunability and Robustness of Dirac Points of Photonic Nanostructures

Auteurs: Hanying Deng, Xianfeng Chen, Boris A. Malomed, Nicolae C. Panoiu, Fangwei Ye
Publié dans: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Numéro 22/5, 2016, Page(s) 98-106, ISSN 1077-260X
Éditeur: Institute of Electrical and Electronics Engineers
DOI: 10.1109/JSTQE.2016.2521711

Transverse Anderson localization of light near Dirac points of photonic nanostructures

Auteurs: Hanying Deng, Xianfeng Chen, Boris A. Malomed, Nicolae C. Panoiu, Fangwei Ye
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 5, 2015, Page(s) 15585, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/srep15585

Giant Nonlinear Optical Activity of Achiral Origin in Planar Metasurfaces with Quadratic and Cubic Nonlinearities

Auteurs: Shumei Chen, Franziska Zeuner, Martin Weismann, Bernhard Reineke, Guixin Li, Ventsislav Kolev Valev, Kok Wai Cheah, Nicolae Coriolan Panoiu, Thomas Zentgraf, Shuang Zhang
Publié dans: Advanced Materials, Numéro 28/15, 2016, Page(s) 2992-2999, ISSN 0935-9648
Éditeur: United Nations Industrial Developement Organization
DOI: 10.1002/adma.201505640

Accurate near-field calculation in the rigorous coupled-wave analysis method

Auteurs: Martin Weismann, Dominic F G Gallagher, Nicolae C Panoiu
Publié dans: Journal of Optics, Numéro 17/12, 2015, Page(s) 125612, ISSN 2040-8978
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/2040-8978/17/12/125612

Enhanced Magnetic Second-Harmonic Generation from Resonant Metasurfaces

Auteurs: Sergey Kruk, Martin Weismann, Anton Yu. Bykov, Evgeniy A. Mamonov, Irina A. Kolmychek, Tatiana Murzina, Nicolae C. Panoiu, Dragomir N. Neshev, Yuri S. Kivshar
Publié dans: ACS Photonics, Numéro 2/8, 2015, Page(s) 1007-1012, ISSN 2330-4022
Éditeur: American Chemical Society
DOI: 10.1021/acsphotonics.5b00215

Nonlinear optical properties and applications of 2D materials: theoretical and experimental aspects

Auteurs: J.W. You, S.R. Bongu, Q. Bao, N.C. Panoiu
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 8/1, 2018, Page(s) 63-97, ISSN 2192-8614
Éditeur: De Gruyter
DOI: 10.1515/nanoph-2018-0106

Plasmon-induced nonlinearity enhancement and homogenization of graphene metasurfaces

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Optics Letters, Numéro 44/12, 2019, Page(s) 3030, ISSN 0146-9592
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/ol.44.003030

Valley-Hall Topological Plasmons in a Graphene Nanohole Plasmonic Crystal Waveguide

Auteurs: Jian Wei You, Zhihao Lan, Qiaoliang Bao, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Numéro 26/6, 2020, Page(s) 1-8, ISSN 1077-260X
Éditeur: Institute of Electrical and Electronics Engineers
DOI: 10.1109/jstqe.2020.2982991

Second-harmonic generation via double topological valley-Hall kink modes in all-dielectric photonic crystals

Auteurs: Zhihao Lan, Jian Wei You, Qun Ren, Wei E. I. Sha, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Physical Review A, Numéro 103/4, 2021, ISSN 2469-9926
Éditeur: APS
DOI: 10.1103/physreva.103.l041502

Analysis of the Interaction Between Classical and Quantum Plasmons via FDTD–TDDFT Method

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques, Numéro 4, 2019, Page(s) 111-118, ISSN 2379-8815
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/jmmct.2019.2906585

Reprogrammable plasmonic topological insulators with ultrafast control

Auteurs: Jian Wei You; Qian Ma; Zhihao Lan; Qiang Xiao; Nicolae C. Panoiu; Tie Jun Cui
Publié dans: Nature Communications, Numéro 17, 2021, ISSN 2041-1723
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.21203/rs.3.rs-98409/v1

Conference proceedings (13)

Tunable enhancement of second-harmonic generation in dual graphene optical gratings

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: 2017 11th International Congress on Engineered Materials Platforms for Novel Wave Phenomena (Metamaterials), 2017, Page(s) 382-384, ISBN 978-1-5386-3768-5
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/metamaterials.2017.8107820

Bridging Classical and Quantum Plasmons via an FDTD-TDDFT Hybrid Model

Auteurs: You, J. W.; Panoiu, N. C.
Publié dans: In: Zouhdi, S and Topa, A, (eds.) Proceedings of the 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics. (pp. pp. 1528-1529). META Conferences: Lisbon, Portugal. (2019), Numéro 1, 2019
Éditeur: IEEE

A new scheme to enhance the third-harmonic generation in graphene

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: 2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR), 2017, Page(s) 1-2, ISBN 978-1-5090-6290-4
Éditeur: OSA
DOI: 10.1109/cleopr.2017.8119063

Strongly Enhanced Second- and Third-harmonic Generation in Graphene Metasurfaces

Auteurs: You, J. W.; Ren, Q.; Panoiu, N. C.
Publié dans: In: Proceedings of the 19th IEEE International Conference on Nanotechnology. IEEE: Macau, China. (2019) (In press)., Numéro 1, 2019
Éditeur: IEEE

Topological valley plasmon transport in graphene bi-layer metasurfaces: applications to sensing nanodevices

Auteurs: Yupei Wang, Jian Wei You, Zhihao Lan, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Metamaterials XII, 2020, Page(s) 50, ISBN 9781510634619
Éditeur: SPIE
DOI: 10.1117/12.2555724

Enhanced optical nonlinearities in 2D-3D heteromaterials

Auteurs: Nicolae Coriolan Panoiu, Jian Wei You
Publié dans: Active Photonic Platforms IX, 2017, Page(s) 36, ISBN 9781-510611481
Éditeur: SPIE
DOI: 10.1117/12.2273123

Ab initio computational study of quantum plasmons in graphene nanoflakes

Auteurs: David Zs. Manrique, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: 2016 IEEE Photonics Conference (IPC), 2016, Page(s) 639-640, ISBN 978-1-5090-1906-9
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/IPCon.2016.7831264

Optical pulse engineering and processing using optical nonlinearities of nanostructured waveguides made of silicon

Auteurs: Spyros Lavdas, Jie You, Richard M. Osgood, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Active Photonic Materials VII, 2015, Page(s) 95461Z
Éditeur: SPIE
DOI: 10.1117/12.2190170

Nonlinear plasmonic resonances in graphene nanostructures

Auteurs: Jian Wei You, Martin Weismann, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: Active Photonic Materials VIII, 2016, Page(s) 99200P
Éditeur: SPIE
DOI: 10.1117/12.2237944

Computational study of second- and third-harmonic generation in periodically patterned 2D-3D heteromaterials

Auteurs: Martin Weismann, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: 2016 IEEE 16th International Conference on Nanotechnology (IEEE-NANO), 2016, Page(s) 419-422, ISBN 978-1-5090-1493-4
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/NANO.2016.7751510

Enhanced Magnetic Second-Harmonic Generation from Resonant Metasurfaces

Auteurs: Sergey S. Kruk, Martin Weismann, Anton Bykov, Evgeniy Mamonov, Irina Kolmychek, Tatiana Murzina, Nicolae Panoiu, Dragomir N. Neshev, Yuri S. Kivshar
Publié dans: CLEO: 2015, 2015, Page(s) FM1C.4, ISBN 978-1-55752-968-8
Éditeur: OSA
DOI: 10.1364/CLEO_QELS.2015.FM1C.4

Designer metal-nanoantennae/dye complexes for maximum fluorescence enhancement

Auteurs: Xiang Meng, Hao Yang, Richard R. Grote, Jerry I. Dadap, Nicolae C. Panoiu, Richard M. Osgood
Publié dans: Plasmonics: Metallic Nanostructures and Their Optical Properties XIII, 2015, Page(s) 95473B
Éditeur: SPIE
DOI: 10.1117/12.2188382

Comparative Analysis of Classical and Quantum Plasmons in Graphene Nanostructures

Auteurs: Jian Wei You, Nicolae C. Panoiu
Publié dans: 2018 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series (SUM), 2018, Page(s) 141-142, ISBN 978-1-5386-5343-2
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/phosst.2018.8456743

Thesis and dissertations (6)

Computational Analysis and Fabrication of Metasurfaces for Applications in Linear and Nonlinear Optics

Auteurs: Daniel Timbrell
Publié dans: 2019
Éditeur: UCL

Computational explorations of enhanced nonlinearities and quantum optical effects in photonic nanostructures

Auteurs: Qun Ren
Publié dans: 2019
Éditeur: UCL

Calculation of bit error rates of optical signal transmission in nano-scale silicon photonic waveguides

Auteurs: Jie You
Publié dans: 2017
Éditeur: UCL

Optical pulse dynamics in sub-wavelength nano-patterned silicon photonic wires

Auteurs: Spyros Lavdas
Publié dans: 2015
Éditeur: UCL

Theoretical and computational insights into the nonlinear optics of nanostructured bulk and 2D materials

Auteurs: Martin Weismann
Publié dans: 2016
Éditeur: University College London

Experimental and numerical study of plasmonic-enhanced bulk and surface nonlinear optical effects

Auteurs: Nuno Braz
Publié dans: 2016
Éditeur: University College London