테라헤르츠 메타표면의 연속체에서 하이브리드 결합 상태

26 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 품질 계수(Q)는 가벼운 물질 상호 작용의 강도를 특성화하는 중요한 매개변수입니다. 품질 계수가 높은 공동은 빛을 효율적으로 가두어 빛-물질 상호 작용을 향상시키는 능력이 있습니다. 이 기능은 레이저, 필터, 고조파 생성 및 센서와 같은 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 마이크로디스크, 브래그 반사체 미세공동, 광결정과 같은 미세공동의 품질 인자를 개선하기 위한 다양한 방식이 제안되었습니다. 밴드 구조의 광 원뿔 위에서 에너지의 복사 누출이 없는 결합 상태, 즉 연속체의 결합 상태(BIC)에도 접근할 수 있습니다. BIC는 초고품질 인자 공진을 얻기 위한 일반화된 방법을 제공함으로써 낮은 임계값 레이저, 다중 스펙트럼 감지 및 높은 고조파 생성에 응용되는 광물질 상호 작용을 향상시키는 강력한 메커니즘이 됩니다. 그림 1 하이브리드 BIC 격자. (a-c) 방사 채널이 없는 대칭 보호 BIC 격자의 개략도(a), 대칭을 깨뜨려 모든 공진기에 대해 방사 채널이 열려 있는 균일한 준BIC 격자(b) 및 절반의 방사 채널이 열린 상호 교환이 있는 하이브리드 준BIC 격자 x축(c)을 따라. (© 광전자 과학) 일반적인 BIC의 경우 Q와 파동 벡터(k) 사이에는 2차 정량적 관계가 있으며 일반적으로 k에 작은 교란이 있으면 Q가 급격히 저하됩니다. 그러나 처리 중에 결함과 장애가 불가피하게 도입되어 수명이 크게 감소합니다. 실제 샘플의 공진 품질 계수. BIC 병합 아이디어는 Q와 k 사이의 지수 계수(-6에서 -XNUMX까지)를 변조하는 것에서 시작됩니다. 이는 Q의 열화율을 크게 완화하고 매우 효과적인 메커니즘을 제공합니다. 그러나 이 접근 방식은 미세 구조의 기하학적 치수에 대한 정밀한 제어가 필요하며 요구 사항이 다소 까다로운 대칭 보호 및 우발적 BIC를 동시에 갖는 밴드 구조에만 적용할 수 있습니다. 최근 Southern University of Science and Technology(SUSTech)의 Longqing Cong 그룹은 대칭으로 보호되는 BIC의 전반적인 품질 요소와 견고성을 향상시키기 위한 보다 일반화된 접근 방식을 제안했습니다. 전체 격자에서 균일하게 공진기의 대칭성을 깨뜨려 Quasi-BIC를 달성하는 기존 접근 방식과 달리 메타 물질 (그림 1a 및 b 참조), 전체 격자의 국부적 C2 대칭을 선택적으로 유지하여 복사 손실을 줄이고 어레이의 품질 계수를 향상시킬 수 있습니다(그림 1c 참조). 그림 2. 하이브리드 BIC 격자의 상당한 Q 개선과 제조 결함에 대한 견고성. (a) U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC 및 Hq-BIC 격자에 대한 방사성 Q 대 비대칭 정도의 진화. 방사선 밀도가 낮은 하이브리드 단위 셀에서는 전반적인 품질 계수가 향상됩니다. (b) 네 가지 시나리오에서 제조 결함이 품질 요소에 미치는 영향. (© 광전자 과학) 이는 정확한 기하학적 설계 또는 대역 선택성을 요구하지 않고 대칭 보호 BIC로 확장할 수 있는 일반화된 방법입니다. 정성적, 정량적 분석에 따르면 하이브리드 BIC 격자는 기존 격자보다 14.6배 이상 높은 품질 계수를 달성할 수 있습니다(그림 2a). Q와 k 사이의 비례 계수를 증가시킴으로써 장애 및 기타 장애에 대한 하이브리드 BIC 메타표면의 품질 계수 견고성이 향상되어 실제 장치의 품질 계수 저하를 효과적으로 줄입니다. 이는 고품질 요소를 달성하기 위한 보다 일반화되고 간단한 접근 방식을 제공합니다(그림 2b). 격자의 상호 공간 분석을 통해 하이브리드 BIC 격자는 균일한 BIC 격자의 X, Y 및 M 지점의 고유 상태를 Γ 지점으로 동시에 접을 수 있으므로 원거리 복사에서 다중 Fano 공명을 관찰할 수 있습니다. (그림 3). 그림 3. 일반화된 고차 하이브리드 BIC. (a, b) 2×2 슈퍼셀에서 각각 2개 중 20개와 2.97개의 비대칭 공진기를 갖는 Ht-BIC 및 Hq-BIC 메타표면의 현미경 이미지이며 주기는 x축과 y축을 따라 XNUMXa입니다. 스케일 바, XNUMXμm. (c) 브릴루앙 구역의 U-qBIC 격자(검은색)에서 Ht-BIC/Hq-BIC(빨간색)로의 밴드 폴딩의 개략도. (d) 비대칭도 XNUMX%에서 Ht-BIC(왼쪽) 및 Hq-BIC(오른쪽) 메타표면의 시뮬레이션된 전송 진폭 스펙트럼. (© 광전자 과학) 다양한 고품질 요소 Fano 공진은 펄스 생성, 감지, 통신 등에서 매우 중요하며, 특히 테라헤르츠 포토닉스를 기반으로 한 감지 및 차세대 무선 통신 개발에 매우 ​​중요합니다. 이는 융합 메타표면과 테라헤르츠 포토닉스에 대한 새로운 통찰력을 제공하여 다양한 분야에서의 개발을 촉진합니다. 이 연구는 BIC의 물리적 의미를 더욱 풍부하게 하고 메타물질과 테라헤르츠 포토닉스의 관점을 넓힐 것입니다. 팀은 그들의 연구 결과를 다음과 같이 발표했습니다. 광전자 과학 (“테라헤르츠 메타표면의 연속체에 있는 하이브리드 결합 상태”).

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