Enhanced Magnetic Second Harmonic Generation From Resonant Metasurfaces

?

Enhanced Magnetic Second Harmonic Generation From Resonant Metasurfaces

ACS Photonics. 2015. Vol. 2. No. 8.

Kruk S., Weismann M., Bykov A., Mamonov E., Kolmychek I. A., Murzina T. V., Panoiu N., Neshev D. N., Kivshar Y. S.

We study, both experimentally and theoretically, the second-order nonlinear response from resonant metasurfaces composed of metal–dielectric nanodisks. We demonstrate that by exciting the resonant optical modes of the composite nanoparticles we can achieve strong enhancement of the second-harmonic signal from the metasurface. By employing a multipole expansion method for the generated second-harmonic radiation, we show that the observed SHG enhancement is due to the magnetic dipolar and electric quadrupolar second-order nonlinear response of the metasurface.

Research target: Physics

Language: English

DOI

"Труды МФТИ" Том 17, № 4 (68) (2025)

МФТИ, 2025.

абота редакции научного журнала «Труды Московского физико-технического института» (кратко «Труды МФТИ»), редакционной коллегии и редакционного совета осуществляется в соответствии с Положением, утвержденным ректором института. В состав редакционной коллегии входят руководители института, факультетов, институтских и факультетских кафедр. Главный редактор журнала —президент МФТИ, член-корр. РАН Кудрявцев Н.Н. Журнал «Труды МФТИ» входит в базу данных РИНЦ (Российский Индекс Научного Цитирования) и доступен в электронной ...

Added: July 4, 2026

Triplet Correlations in Superconductor/Antiferromagnet Heterostructures: Dependence on Type of Antiferromagnetic Ordering

Bobkov G. A., Bobkov G. A., Bobkova I. V. et al., Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 2025 Vol. 38 Article 239

In recent years, a number of studies have predicted the emergence of a nontrivial proximity effect in superconductor/antiferromagnet (S/AF) heterostructures. This effect is of considerable interest for the efficient integration of antiferromagnetic materials into the fields of superconducting spintronics and electronics. A key element of this proximity effect is the Néel triplet correlations, initially predicted ...

Added: July 2, 2026

Direct evidence of the quasiparticle conversion length in proximity Josephson junctions

Bakurskiy S. V., Skryabina O. V., Ruzhickiy V. I. et al., Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2026 Vol. 113 P. 134509-1–134509-10

The miniaturization of superconducting electronics demands precise control over quasiparticle dynamics at the nanoscale. Understanding and controlling quasiparticle dynamics is essential for advancing superconducting electronics, particularly as device dimensions approach the nanoscale. Here we present direct experimental evidence for the quasiparticle-to-supercurrent conversion in planar SN-N-NS Josephson nanobridges with submicron electrodes. By employing a versatile measurement ...

Added: July 2, 2026

Proximity-effect engineering in aluminum-based planar Josephson junctions with intrinsic superconductivity

Polevoy K. B., Bakurskiy S. V., Ruzhickiy V. I. et al., Physical Review Applied 2026 Vol. 25 P. 024030-1–024030-12

We present a comprehensive study of planar Nb-Al-Nb Josephson junctions with submicrometer dimen sions (L ≈ 100 nm, active area of approximately 5 × 104 nm2), where the intrinsic superconductivity of the aluminum weak link plays a crucial role in enhancing device performance. Through a combi nation of theoretical modeling and experimental characterization, we demonstrate ...

Added: July 2, 2026

High-temperature properties of mixed conductors LaxSr0.85−xCe0.15FeO3−δ

Никонов В. Д., Никитин С. С., Патракеев М. В., Ionics 2025 Vol. 31 No. 1 P. 675–687

Modification of perovskite-type oxides is an effective way to develop functional materials with advanced properties. The effects of cerium introduction into the A sublattice of La0.5Sr0.5FeO3−δ and variation of La:Sr ratio on the defect structure and charge transfer characteristics were studied in this work. The LaxSr0.85−xCe0.15FeO3−δ oxides were found to be single-phase with cubic (x = 0.1) and orthorhombic ...

Added: June 26, 2026

Optical conductivity of a dirty current-carrying superconductor

Polkin A., Skvortsov M., Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2026 Vol. 113 Article 174516

We develop a full microscopic theory for the optical conductivity 𝜎⁡(𝜔) of a dirty current-carrying superconductor. Within the Keldysh sigma model formalism, we obtain the general analytical expression for 𝜎⁡(𝜔), applicable for arbitrary frequency 𝜔, temperature 𝑇, and dc supercurrent 𝐼. In addition to altering the usual Mattis-Bardeen conductivity 𝜎1⁡(𝜔), a finite supercurrent introduces two new contributions: 𝜎qp2⁡(𝜔) from quasiparticle redistribution and 𝜎SH2⁡(𝜔) from the amplitude ...

Added: June 25, 2026

Thermal phase slips in superconducting films

Skvortsov M., Artem Polkin, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2026 Vol. 113 No. 10 Article 100502

A dissipationless supercurrent state in superconductors can be destroyed by thermal fluctuations. Thermally activated phase slips provide a finite resistance of the sample and are responsible for dark counts in superconducting single-photon detectors. The activation barrier for a phase slip is determined by a space-dependent saddle-point (instanton) configuration of the order parameter. In the one-dimensional ...

Added: June 25, 2026

Динамика спинорных экситон-поляритонных конденсатов в двойных потенциальных ловушках в GaAs/AlAs микрорезонаторе при резонансном пикосекундном возбуждении

Деменев А. А., Терешко С. Н., Гиппиус Н А et al., Известия РАН. Серия физическая Россия 2025 Т. 89 № 2 С. 265–273

The authors study the temporal evolution of polarized spectra of emissions from spinor exciton‒ polariton condensates in double tunnel-coupled potential traps inside a high-Q GaAs/AlAs microcavity at 2 K upon resonance laser pumping with picosecond pulses at times of up to 1.5 ns. The period of the condensates’ spin relaxation in a double trap is estimated as τs ...

Added: June 23, 2026

Предвестники солнечных вспышек по наблюдениям на RSTN

Абрамов-Максимов В. Е., И.А. Бакунина, Геомагнетизм и аэрономия 2026 Т. 66 № 3 С. 515–529

Проанализировано 8 вспышечных событий по данным многочастотных наблюдений сети радиотелескопов Radio Solar Telescope Network. Целью анализа было выявление предвестников солнечных вспышек. В семи рассмотренных случаях выявлены предвспышечные квазипериодические флуктуации радиоизлучения. Сделанная по вейвлет-спектрам оценка квазипериодов дает в большинстве случаев значения 40–50 сек. В одном событии с большой вспышкой класса M8.0 квазипериодические флуктуации не проявились. В ...

Added: June 22, 2026

Взаимное расположение магнитных жгутов и источников микроволнового излучения в эруптивных вспышках

И.А. Бакунина, В.Ф. М., А.В. Ш. et al., Геомагнетизм и аэрономия 2025 Т. 65 № 9 С. 1363–1373

Рассмотрена связь особенностей положения и ориентации магнитных жгутов в активной области (АО) с источниками микроволнового (17 ГГц) излучения и излучения в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV) при возникновении эруптивных вспышек, сопровождающихся корональными выбросами массы, и вспышек с "запертой" эрупцией. Приведены примеры эруптивных событий, демонстрирующие пространственное совпадение микроволновых источников с расположением магнитных жгутов в АО, восстановленных при ...

Added: June 22, 2026

Моделирование влияния температуры на взаимодействие катода с тонкой диэлектрической пленкой и плазмы тлеющего газового разряда в смеси аргона и паров ртути

Г. Г. Бондаренко, Кристя В. И., Савичкин Д. О. et al., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2026 № 4 С. 29–36

Сформулирована модель тлеющего газового разряда в смеси аргона и паров ртути при наличии на поверхности катода тонкой диэлектрической пленки. Рассчитаны зависимости характеристик разряда от температуры в интервале ее изменения, в котором заметный вклад в ионизацию рабочей газовой смеси дает ионизация атомов ртути метастабильными возбужденными атомами аргона (реакция Пеннинга). Показано, что в случае катода без диэлектрической пленки при повышении температуры до ...

Added: June 20, 2026

Supervised Learning in Critical Phenomena—Statistical and Systematic Accuracy

Chertenkov V. I., Shchur L., Lobachevskii Journal of Mathematics 2026 Vol. 47 No. 2 P. 720–727

Supervised machine learning is successfully applied to the study of critical phenomena and allows us to obtain a numerical estimate of the phase transition temperature and the correlation length exponent. We discuss the influence of possible systematic errors, as well as statistical errors, on the accuracy of such numerical estimates. Errors in the training and ...

Added: June 16, 2026

ВНИИОФИ в период 2016–2025 годов: основные результаты научной деятельности

Батурин А. С., Гаврилов В. Р., Иванов А. В. et al., Измерительная техника 2026 Т. 75 № 2 С. 14–28

28 декабря 2025 года Всероссийскому научно-исследовательскому институту оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) исполнилось 60 лет. За прошедшие десятилетия институт выполнил значительное количество научных исследований, разработал и поставил потребителям тысячи высокоточных средств оптико-физических измерений (включая эталонное оборудование). В статье представлены наиболее значимые для метрологического обеспечения оптико-физических измерений результаты научно-исследовательских работ, выполненных ВНИИОФИ за период 2016–2025 гг. ...

Added: June 15, 2026

Государственный первичный эталон единиц оптической силы и коэффициента передачи модуляции очковой оптики и объективов ГЭТ 205-2025

Вишняков Г. Н., Левина Э. Ю., Minaev V., Измерительная техника 2025 Т. 74 № 2 С. 20–27

Качество формируемого оптической системой изображения определяется её частотно-контрастной характеристикой или коэффициентами передачи модуляции на различных пространственных частотах. Для обеспечения единства измерений коэффициентов передачи модуляции и создания эталонной базы по воспроизведению, хранению и передаче единицы коэффициента передачи модуляции усовершенствован Государственный первичный эталон единиц оптической силы очковой оптики ГЭТ 205-2013 в части воспроизведения единицы коэффициентов передачи модуляции ...

Added: June 15, 2026

Impact of heat treatment on microstructure and mechanical properties of additively manufactured aluminum bronze

Filippova A. V., Yurchenko N. Y., Smirnov S. A. et al., Journal of Alloys and Compounds 2026 No. 1074 Article 189162

This study investigates the effects of post-processing heat treatment at 300–500 °C on the microstructure, hardness, and tensile properties of laser powder bed fusion (PBF-LB) processed Al-bronze processed with energy densities (ED) in the range of 125–938 J/mm3. In the as-printed state, sharp needle-like α + β′ laths form at lower ED whereas with increasing ED, the β′ ...

Added: June 12, 2026

Спонтанное образование скин-слоя в воде с деформацией ОН-полосы КР вкладом компоненты льда 3200 см-1

Першин С. М., Степанов Е. В., Артемова Д. Г. et al., Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики 2026 Т. 123 № 6 С. 383–390

Открыто спонтанное образование в течение 4 ч скин-слоя дистиллированной воды толщиной до 3 мм при комнатной температуре с новыми свойствами. Обнаружены деформация ОН-полосы комбинационного рассеяния вкладом компоненты льда ( 3200 см-1), снижение коэффициента упругого рассеяния и его флуктуаций, а также увеличение на 20 капиллярах. Восстановление слоя после обогащения воздухом в результате перемешивания указывает на стабильность ...

Added: June 8, 2026

Dramatic Plasmon Response to the Charge-Density-Wave Gap Development in 1T-TiSe2

Lin Z., Wang C., Balassis A. et al., Physical Review Letters 2022 Vol. 129 No. 18 Article 187601

1-TiSe2 is one of the most studied charge density wave (CDW) systems, not only because of its peculiar properties related to the CDW transition, but also due to its status as a promising candidate of exciton insulator signaled by the proposed plasmon softening at the CDW wave vector. Using high-resolution electron energy loss spectroscopy, we report ...

Added: October 4, 2022

Effect of retardation on the frequency and linewidth of plasma resonances in a two-dimensional disk of electron gas

Zagorodnev I., Rodionov D. A., Zabolotnykh A., Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2021 Vol. 103 No. 19 Article 195431

We theoretically analyze dominant plasma modes in a two-dimensional disk of electron gas by calculating the absorption of an incident electromagnetic wave. The problem is solved in a self-consistent approximation, taking into account electromagnetic retardation effects. We use the Drude model to describe the conductivity of the system. The absorption spectrum exhibits a series of peaks corresponding to ...

Added: December 20, 2021

Plasmonic modes at inclined edges of anisotropic two-dimensional materials

Alexey A. Sokolik, Kotov O., Yurii E. Lozovik, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2021 Vol. 103 No. 15 P. 155402-1–155402-14

Confined modes at the edge arbitrarily inclined with respect to optical axes of nonmagnetic anisotropic 2D materials are considered. By developing the exact Wiener-Hopf and approximated Fetter methods we studied edge modes dispersions, field and charge density distributions. The 2D layer is described by the Lorentz-type conductivities in one or both directions, which is realistic ...

Added: June 20, 2021

Effect of inhomogeneous magnetization in optical second harmonic generation from layered nanostructures

Murzina T. V., Radovskaya V. V., Pashen’kin I. Y. et al., Optics Express 2021 Vol. 29 No. 2 P. 2106–2111

Magnetic nanostructures reveal unique interface induced properties that differ from those of bulk materials, thus magnetization distributions in interface regions are of high interest. Meanwhile, direct measurement of magnetization distribution in layered nanostructures is a complicated task. Here we study magnetic field induced effects in optical second harmonic generation (SHG) in three-layer ferromagnetic / heavy ...

Added: January 26, 2021

Second-harmonic generation in gold crescent- and comma-like nanostructures

Kolmychek I. A., Mamonov E., Bochenkov V. E. et al., Optics Letters 2019 Vol. 44 No. 22 P. 5473–5476

Anisotropic metal nanostructures reveal unique optical properties providing new optical effects. Here we study experimentally the nonlinear-optical response of planar arrays of gold comma-like and crescent-like nanostructures made by colloidal lithography. We show that anisotropy of the nonlinear-optical response is defined not only by the shape of the particles, but also by the relative phase ...

Added: November 27, 2020

Polarization-resolved second harmonic generation microscopy of chiral G-shaped metamaterials

Mamonov E., Maydykovskiy A. I., Kolmychek I. A. et al., Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2017 Vol. 96 No. 7

Chiral planar metamaterials are known for their possibility to show strong nonlinear optical effects such as second harmonic generation (SHG) circular dichroism or asymmetric SHG. The underlying mechanisms are commonly discussed in terms of local field effects and formation of localized SHG sources (so called “hotspots”) that are sensitive to the shape and size of ...

Added: November 27, 2020

Anisotropy versus circular dichroism in second harmonic generation from fourfold symmetric arrays of G-shaped nanostructures

Mamonov E., Kolmychek I. A., Vandendriessche S. et al., Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 2014 Vol. 89

Circular dichroism in optical second harmonic generation (CD-SHG) is studied in planar symmetrical arrays of G-shaped and mirror-G-shaped nanostructures. Anisotropic CD-SHG measurements demonstrate a strong dependence of the value and the sign of theCD effect on the angle of incidence of the fundamental radiation. We show that both dipole and higher order multipole components of ...

Added: November 26, 2020

Chirality in nonlinear-optical response of planar G-shaped nanostructures

Mamonov E., Murzina T. V., Kolmychek I. A. et al., Optics Express 2012 Vol. 20 No. 8

Chirality effects in optical second harmonic generation (SHG) are studied in periodic planar arrays of gold G-shaped nanostructures. We show that G-shaped structures of different handedness demonstrate different SHG efficiency for the left and right circular polarizations, as well as the opposite directions of the SHG polarization plane rotation. The observed effects are interpreted as ...

Added: November 26, 2020