テラヘルツメタ表面の連続体におけるハイブリッド束縛状態

26年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) 品質係数 (Q) は、光と物質の相互作用の強さを特徴付ける重要なパラメーターです。より高い品質因子を備えた空洞は、光を効率的に閉じ込める能力を持ち、したがって光と物質の相互作用を強化します。この機能は、レーザー、フィルター、高調波発生、センサーなどのさまざまなアプリケーションで非常に重要です。マイクロディスク、ブラッグ反射器マイクロキャビティ、フォトニック結晶などのマイクロキャビティの品質係数を改善するために、さまざまなスキームが提案されています。バンド構造の光円錐より上では、エネルギーの放射漏れのない束縛状態、つまり連続体の束縛状態 (BIC) にもアクセスできます。 BIC は、超高品質因子共鳴を取得するための一般化された方法を提供し、それによって、低閾値レーザー、マルチスペクトルセンシング、および高調波発生において応用が見出されている光物質相互作用を強化する強力な機構となる。 図 1 ハイブリッド BIC 格子。 (ac) 放射チャネルのない対称性が保護された BIC 格子 (a)、対称性を破ることによりすべての共振器に対して放射チャネルが開いた均一な準 BIC 格子 (b)、および半分の放射チャネルがオープン交換されたハイブリッド準 BIC 格子の概略図x 軸に沿って (c)。 (© Opto-Electronic Sc​​ience) 典型的な BIC の場合、Q と波数ベクトル (k) の間には 2 次の定量的関係があり、通常、k の小さな乱れが Q の急速な劣化につながります。ただし、欠陥や乱れは避けられません。処理中に導入され、実際のサンプルの共鳴の品質係数が大幅に低下します。 BIC をマージするというアイデアは、Q と k の間の指数係数 (-6 から -XNUMX) を調整することから始まります。これにより、Q の劣化率が大幅に軽減され、非常に効果的なメカニズムが提供されます。しかし、このアプローチは微細構造の幾何学的寸法の正確な制御を必要とし、かなり厳しい要件を伴う、対称性が保護された BIC と偶然の BIC を同時に持つバンド構造にのみ適用可能です。最近、南方科学技術大学 (SUSTech) の Longqing Cong のグループは、対称性が保護された BIC の全体的な品質係数と堅牢性を改善するための、より一般化されたアプローチを提案しました。格子全体で均一に共振器の対称性を破ることによって準BICを達成する従来のアプローチとは異なります。 メタマテリアル （図1aおよびbを参照）、格子全体の局所C2対称性を選択的に維持するため、放射損失が減少し、アレイの品質係数が向上します（図1cを参照）。 図 2 ハイブリッド BIC 格子における Q の大幅な向上と製造上の欠陥に対する堅牢性。 (a) U-qBIC、Ht-BIC、Hx-BIC、および Hq-BIC 格子の非対称度に対する放射 Q の変化。全体的な品質係数は、放射線密度が低いハイブリッド ユニット セルで向上します。 (b) 14.6 つのシナリオにおける品質要因に対する製造欠陥の影響。 (© Opto-Electronic Sc​​ience) これは、正確な幾何学的設計や帯域選択性を必要とせずに、対称性が保護された任意の BIC に拡張できる一般化された方法です。定性的および定量的分析によると、ハイブリッドBIC格子は従来の格子よりも2倍以上高い品質係数を達成できます（図2a）。 Q と k の間の比例係数を増やすことにより、障害やその他の外乱に対するハイブリッド BIC メタサーフェスの品質係数のロバスト性が向上し、実際のデバイスでの品質係数の劣化が効果的に軽減されます。これにより、高品質係数を達成するための、より一般化された単純なアプローチが提供されます (図 3b)。格子の逆空間解析を通じて、ハイブリッド BIC 格子は均一 BIC 格子の X、Y、M 点の固有状態を同時に Γ 点に折り畳むことができるため、遠方場放射で複数のファノ共鳴を観察できます。 (図XNUMX)。 図 3 一般化された高次ハイブリッド BIC。 （a、b）2×2スーパーセル内の2つのうち20つと2.97つの非対称共振器をそれぞれ備えたHt-BICおよびHq-BICメタ表面の顕微鏡画像。周期はx軸とy軸の両方に沿ってXNUMXaです。スケールバー、XNUMX μm。 (c) ブリルアンゾーンにおける U-qBIC 格子 (黒) から Ht-BIC/Hq-BIC (赤) へのバンドの折り畳みの概略図。 (d) 非対称度 XNUMX% における Ht-BIC (左) および Hq-BIC (右) メタ表面のシミュレートされた透過振幅スペクトル。 (© Opto-Electronic Sc​​ience) 複数の高品質因子ファノ共鳴は、パルス生成、センシング、通信などにおいて、特にテラヘルツフォトニクスに基づくセンシングや次世代無線通信の開発にとって非常に重要です。これは、メタサーフェスとテラヘルツフォトニクスの融合に関する新たな洞察を提供し、さまざまな分野での開発を促進します。この研究は、BIC の物理的意味をさらに豊かにし、メタマテリアルとテラヘルツ フォトニクスの視野を広げるでしょう。チームは調査結果を次のように発表しました。 光電子科学 (「テラヘルツメタ表面の連続体におけるハイブリッド束縛状態」).

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63062.php