Limites Fundamentais para a Resposta Óptica em Campo Próximo sobre Qualquer Largura de Banda

Desenvolvemos uma estrutura analítica para derivar limites superiores para as interações entre luz e matéria no campo óptico próximo, onde aplicações que variam desde a amplificação de emissão espontânea até a transferência de calor maior que a de um corpo negro mostram potencial transformador. Nossa estrutura conecta as propriedades complexas-analíticas clássicas dos campos causais com princípios recém-desenvolvidos de conservação de energia, resultando em uma nova classe de limites de potência-largura de banda. Esses limites demonstram a possibilidade de um aumento de ordens de magnitude na resposta óptica em campo próximo com a combinação certa de material e geometria. Em combinações específicas de frequência e largura de banda, os limites podem ser aproçados de perto por geometrias plasmonicas canônicas, com a oportunidade de novos designs surgirem fora dessas faixas de frequência. Embutido nos limites está uma "figura de mérito" do material, que determina a resposta máxima de qualquer material (metal, dielétrico, bulk, 2D, etc.), para qualquer frequência e largura de banda. Nossos limites sobre a densidade local de estados representam aumentos máximos de emissão espontânea, nossos limites sobre a densidade cruzada de estados limitam correlações de campo eletromagnético, e nossos limites sobre a transferência de calor radiativa (RHT) representam a primeira regra analítica desse tipo, revelando limites fundamentais em relação à lei clássica de Stefan-Boltzmann.