Гібридні зв'язані стани в континуумі в терагерцових метаповерхнях

26 травня 2023 (Новини Nanowerk) Добротність (Q) є критичним параметром, який характеризує силу взаємодії світла і речовини. Порожнини з вищими коефіцієнтами якості мають здатність ефективно обмежувати світло і, таким чином, посилювати взаємодію світло-матерія. Ця функція має велике значення в різних застосуваннях, таких як лазери, фільтри, генерація гармонік і датчики. Були запропоновані різні схеми для покращення добротності мікропорожнин, таких як мікродиски, мікропорожнини бреггівського рефлектора та фотонні кристали. Над світловим конусом зонних структур також доступні зв'язані стани без радіаційного витоку енергії, а саме зв'язані стани в континуумі (BIC). BIC надає узагальнений метод для отримання резонансів факторів надвисокої якості, таким чином стаючи потужним механізмом для посилення взаємодії світла та матерії, який знайшов застосування в низькопорогових лазерах, багатоспектральному зондуванні та генерації високих гармонік. Рис. 1 Гібридні BIC решітки. (a-c) Схематична діаграма симетрично захищеної решітки BIC без радіаційного каналу (a), однорідної квазі-BIC решітки з радіаційним каналом, відкритим для всіх резонаторів через порушення симетрії (b), і гібридної квазі-BIC решітки з половиною відкритого каналу випромінювання, що змінюється уздовж осі х (с). (© Opto-Electronic Science) Для типового BIC існує квадратичне кількісне співвідношення між Q і хвильовим вектором (k), і зазвичай незначне порушення k призведе до швидкого погіршення Q. Однак під час обробки неминуче виникають дефекти та розлади, які значно зменшують добротність резонансів у реальних зразках. Ідея об’єднання BIC починається з модуляції експоненціального коефіцієнта між Q і k (від -2 до -6), що значною мірою зменшує швидкість зносу Q і забезпечує дуже ефективний механізм. Але цей підхід вимагає точного контролю геометричних розмірів мікроструктур і застосовний лише до стрічкових структур, які одночасно мають захищені симетрією та випадкові BIC, з досить жорсткими вимогами. Нещодавно група Longqing Cong з Південного науково-технічного університету (SUSTech) запропонувала більш узагальнений підхід для покращення загальних факторів якості та надійності BIC, захищеного симетрією. На відміну від традиційного підходу досягнення квазі-BIC шляхом рівномірного порушення симетрії резонаторів у всій решітці метаматеріали (див. рис. 1a і b), вони вибірково підтримують локальну симетрію C2 усієї решітки, щоб радіаційні втрати можна було зменшити та покращити коефіцієнт якості масиву (див. рис. 1c). Рис.2. Значне покращення Q у гібридних решітках BIC та стійкість до недосконалостей виготовлення. (a) Еволюція випромінювальної Q проти ступеня асиметрії для граток U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC і Hq-BIC. Загальні показники якості покращуються в гібридних елементах із меншою щільністю випромінювання. (b) Вплив недосконалості виготовлення на фактори якості в чотирьох сценаріях. (© Opto-Electronic Science) Це узагальнений метод, який можна розширити до будь-якого BIC, захищеного симетрією, без вимог до точного геометричного дизайну чи селективності смуги. Відповідно до якісного та кількісного аналізу, гібридна решітка BIC може досягти коефіцієнта якості більш ніж у 14.6 разів вище, ніж у звичайної решітки (рис. 2а). Завдяки збільшенню пропорційного коефіцієнта між Q і k покращується надійність фактора якості гібридних метаповерхонь BIC проти розладів та інших перешкод, тим самим ефективно зменшуючи погіршення фактора якості в реальних пристроях. Це забезпечує більш узагальнений і простий підхід до досягнення коефіцієнта високої якості (рис. 2b). Завдяки взаємному просторовому аналізу решітки гібридна решітка BIC може одночасно згортати власні стани точок X, Y і M однорідної решітки BIC до точки Γ, так що численні резонанси Фано можна спостерігати у випромінюванні дальнього поля. (Рис. 3). Рис.3 Узагальнений гібридний BIC високого порядку. (a, b) Мікроскопічні зображення метаповерхень Ht-BIC і Hq-BIC з трьома та одним асиметричними резонаторами з чотирьох у суперкомірці 2 × 2 відповідно, а період дорівнює 2a вздовж обох осей x і y. Масштабна шкала, 20 мкм. (c) Схематична діаграма згортання смуги від решітки U-qBIC (чорна) до Ht-BIC/Hq-BIC (червона) у зоні Бріллюена. (d) Змодельовані спектри амплітуди пропускання метаповерхень Ht-BIC (ліворуч) і Hq-BIC (праворуч) зі ступенем асиметрії 2.97%. (© Opto-Electronic Science) Кілька високоякісних резонансів Фано дуже важливі для генерації імпульсів, зондування, зв’язку тощо, особливо для розвитку зондування та бездротового зв’язку наступного покоління на основі терагерцової фотоніки. Це пропонує нову думку про злиття метаповерхень і терагерцової фотоніки для полегшення їх розвитку в різних областях. Ця робота ще більше збагатить фізичне значення BIC і розширить перспективу метаматеріалів і терагерцової фотоніки. Команда опублікувала своє відкриття в Оптико-електронна наука (“Гібридні зв’язані стани в континуумі в терагерцових метаповерхнях”).

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63062.php