ENZ材料-介电常数近零 | Science Advances
介电常数ε近零（ENZ，Epsilon-Near-Zero）材料，是指在特定频率下，相对介电常数（ε_r）实部趋近于零的材料。这种特殊状态，赋予了ENZ材料独特的电磁特性，使其在光电子学和超材料领域具有重要应用。
近零介电常数epsilon-near-zero (ENZ) 透明导电氧化物transparent conductive oxides (TCOs) 中，非线性光学过程的动力学，主要具有亚皮秒响应的热电子弛豫所主导。然而，目前非线性透明导电氧化物TCO 近零介电常数ENZ材料中，超快电子动力学，还缺少全面的了解。
近日，加州大学Sudip Gurung，Ho Wai Howard Lee等，在Science Advances上发文，报道了激光峰值功率和ENZ模式激发，对透明导电氧化物TCOs中超热电子弛豫的影响。
在流体动力学模型的理论支持下，实验分析表明，在典型的透明导电氧化物TCO 近零介电常数ENZ材料中，增加激光脉冲强度，可将热电子弛豫时间延长200%以上，而近零介电常数ENZ模式激发，可将其延长40%以上。
该项研究表明，通过脉冲峰值功率和近零介电常数ENZ模场增强，从而可控地调制超快近零介电常数ENZ的非线性行为。这些发现，有助于近零介电常数ENZ非线性开发，从而应用于光学和量子计算组件（包括超快光开关、动态脉冲整形器和调制器）。
图1:热电子激发和实验装置的概要示意图。
图2. 在AZO和ITO样品中，强度相关的热电子弛豫。
图3. AZO样品中的弛豫时间。
图4. 在ITO样品中的弛豫时间。
该项研究，调控了激光强度与近零介电常数（ENZ），显著延长透明导电氧化物（TCO）薄膜中超快热电子的弛豫时间。
采用铝掺杂氧化锌（AZO）和铟锡氧化物（ITO）薄膜（厚度分别为205 nm和306 nm），通过飞秒激光泵浦-探测实验发现，当激光峰值功率从20 GW/cm2增至200 GW/cm2时，AZO和ITO的热电子弛豫时间分别延长超200%和170%；激发ENZ模式，可使弛豫时间额外增加40%以上。流体动力学模型（HDM）表明，高能电子因碰撞时间缩短导致阻尼抑制。
这种ENZ材料的场增强效应和非线性光学响应优化，可用于开发亚波长光波导、超快光开关等器件。
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