Estados ligados híbridos no continuum em metasuperfícies terahertz

Estados ligados híbridos no continuum em metasuperfícies terahertz

Carimbo de data / hora: 26 de maio de 2023 4:19
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26 de maio de 2023 (Notícias do Nanowerk) O fator de qualidade (Q) é um parâmetro crítico que caracteriza a força das interações luz-matéria. Cavidades com fatores de qualidade mais elevados têm a capacidade de confinar a luz de forma eficiente e, assim, melhorar as interações luz-matéria. Este recurso tem importância significativa em diversas aplicações, como lasers, filtros, geração de harmônicos e sensores. Diferentes esquemas foram propostos para melhorar os fatores de qualidade em microcavidades, como microdiscos, microcavidades refletoras de Bragg e cristais fotônicos. Acima do cone de luz das estruturas de bandas, estados ligados sem vazamento radiativo de energia também são acessíveis, ou seja, estados ligados no contínuo (BIC). O BIC fornece um método generalizado para obter ressonâncias de fator de qualidade ultra-alta, tornando-se assim um mecanismo poderoso para aprimorar as interações luz-matéria que encontraram aplicações em lasers de baixo limiar, detecção multiespectral e geração de altos harmônicos. Estados ligados híbridos nas redes contínuas Figura 1 Redes BIC híbridas. (ac) Diagrama esquemático da rede BIC protegida por simetria sem canal de radiação (a), rede quase BIC uniforme com canal de radiação aberto para todos os ressonadores quebrando a simetria (b) e rede híbrida quase-BIC com meio canal de radiação aberto trocando ao longo do eixo x (c). (© Opto-Electronic Science) Para um BIC típico, existe uma relação quantitativa quadrática entre Q e o vetor de onda (k), e geralmente uma pequena perturbação em k levaria a uma rápida deterioração de Q. No entanto, defeitos e distúrbios são inevitavelmente introduzido durante o processamento, o que reduz bastante o fator de qualidade das ressonâncias em amostras reais. A ideia de fundir o BIC começa com a modulação do coeficiente exponencial entre Q e k (de -2 a -6), o que alivia amplamente a taxa de deterioração de Q e fornece um mecanismo muito eficaz. Mas esta abordagem requer um controle preciso das dimensões geométricas das microestruturas e só é aplicável a estruturas de bandas que possuem simultaneamente BICs protegidos por simetria e acidentais, com requisitos bastante rigorosos. Recentemente, o grupo de Longqing Cong da Southern University of Science and Technology (SUSTech) propôs uma abordagem mais generalizada para melhorar os fatores gerais de qualidade e a robustez do BIC protegido por simetria. Ao contrário da abordagem convencional de alcançar quase-BIC quebrando a simetria dos ressonadores uniformemente em toda a rede do metamateriais (ver Fig. 1a e b), eles mantêm seletivamente a simetria C2 local de toda a rede, de modo que a perda radiativa possa ser diminuída e o fator de qualidade da matriz seja melhorado (ver Fig. 1c). Melhoria Q significativa em redes BIC híbridas e robustez contra imperfeições de fabricação Fig.2 Melhoria significativa de Q em redes BIC híbridas e robustez contra imperfeições de fabricação. (a) Evolução do Q radiativo versus grau de assimetria para as redes U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC e Hq-BIC. Os fatores gerais de qualidade são melhorados em células unitárias híbridas com menor densidade de radiação. (b) Influências da imperfeição de fabricação nos fatores de qualidade nos quatro cenários. (© Opto-Electronic Science) Este é um método generalizado que pode ser estendido a qualquer BIC protegido por simetria, sem requisitos de projeto geométrico preciso ou seletividade de banda. De acordo com análises qualitativas e quantitativas, a rede BIC híbrida pode atingir um fator de qualidade mais de 14.6 vezes maior que o da rede convencional (Fig. 2a). Ao aumentar o coeficiente proporcional entre Q e k, a robustez do fator de qualidade das metassuperfícies BIC híbridas contra distúrbios e outros distúrbios é melhorada, reduzindo assim efetivamente a deterioração do fator de qualidade em dispositivos reais. Isto fornece uma abordagem mais generalizada e simples para alcançar um fator de alta qualidade (Fig.2b). Através da análise espacial recíproca da rede, a rede BIC híbrida pode dobrar simultaneamente os estados próprios dos pontos X, Y e M da rede BIC uniforme para o ponto Γ, de modo que múltiplas ressonâncias de Fano possam ser observadas na radiação de campo distante (Fig. 3). BIC híbrido generalizado de alta ordem Fig.3 BIC híbrido generalizado de alta ordem. (a, b) Imagens microscópicas de metassuperfícies Ht-BIC e Hq-BIC com três e um ressonadores assimétricos de quatro em uma supercélula 2 × 2, respectivamente, e o período é 2a ao longo dos eixos x e y. Barra de escala, 20 μm. (c) Diagrama esquemático do dobramento de bandas da rede U-qBIC (preto) para Ht-BIC/Hq-BIC (vermelho) na zona de Brillouin. (d) Espectros de amplitude de transmissão simulados das metassuperfícies Ht-BIC (esquerda) e Hq-BIC (direita) com grau de assimetria de 2.97%. (© Opto-Electronic Science) Múltiplas ressonâncias Fano de fator de alta qualidade são muito importantes na geração de pulso, detecção, comunicação, etc., especialmente para o desenvolvimento de detecção e comunicação sem fio de próxima geração baseada em fotônica terahertz. Isso oferece novos insights sobre a fusão de metassuperfícies e fotônica de terahertz para facilitar seu desenvolvimento em diversos campos. Este trabalho irá enriquecer ainda mais as implicações físicas do BIC e ampliar a perspectiva dos metamateriais e da fotônica terahertz. A equipe publicou sua descoberta em Ciência Opto-Eletrônica (“Estados ligados híbridos no continuum em metassuperfícies de terahertz”).

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