发布日期：2024-10-27 04:40 点击次数：58
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日前，北京理工大学物理学院张向东讲授团队与复旦大学物理系资剑讲授和石磊教讲课题组合营，在光学moiré连气儿谱管理态磋商方面获取进犯进展。关连职责发表在Nature Communications【Nat. Commun. 15， 9080 (2024)】上。磋商职责得到国度当然科学基金和国度要点研发霸术的资助。北京理工大学物理学院博士生秦皓宇、张蔚暄磋商员、张慧珍副磋商员以及复旦大学物理系博士生陈劭虎为论文共同第一作家。张向东讲授、石磊讲授和张蔚暄磋商员为通信作家。复旦大学资剑讲授、中科院物理所的潘如豪工程师和李俊杰磋商员也对此职责作念出了进犯孝顺。
连气儿谱管理态（Bound states in the continuum， BIC）是指能量位于膨胀态的连气儿谱中，却施展为完满管理态的特地能态。BIC的办法最早在量子体系中忽视，随后在各样波动系统中得到了庸俗磋商。由于其超高的品性因子（Q值），光子BIC已成为磋商光与物资强相互作用的理念念平台。关联词，当偏离BIC时，光子晶体的共振模样Q值会速即下落，况且由于其能带的显耀色散特色，BIC在单频广角光映照下的应用还是濒临挑战。此外，结构加工中的误差时时导致本色样品中BIC的Q值大幅缩短，进一步扫尾了其应用后劲。
比年来，受moiré超晶格独有物感性质的启发，磋商者们对光子系统中的moiré物理伸开了庸俗磋商。特别是，近期的表面职责忽视了通过转角双层光子晶体板设想准BIC的有诡计【Phys. Rev. Lett. 128， 253901 (2022)】。关联词，由于空间反演对称性和镜面对称性的破缺，这种转角激励的moiré准BIC时时会向高阶衍射通说念放射能量。此外，跟着moiré平带本征模样的波矢远隔Γ点，其Q因子显耀下落。因此，在moiré光学结构中杀青完满的BIC以及进一步探究moiré BIC的独有性质，成为亟待磋商的要害科常识题。
磋商亮点之一：通过对多个拓扑荷的精准调控，构造了完满的moiré BIC
针对上述问题，磋商东说念主员愚弄两层周期失配的一维光子晶体光栅，通过上基层的和会构建了moiré光栅结构，如图1a所示。其能带分散展示于图1b，不错看到多条色散性较弱的光子平带。关于图中红色能带，其在Γ点的本征场分散如图1c所示，流露展现出moiré平带的本征场具有赫然的局域化特色。比拟于传统的亚波长光栅能带结构，moiré光栅的每个布洛赫模样齐存在多个放射通说念。因此，单一的拓扑荷不及以杀青完满的moiré BIC。为此，在moiré平带中杀青BIC的要害在于将多个拓扑荷转机到悉数放射通说念处。
图1d展示了moiré平带（红色）在动量空间中的放射行动。关于Γ点模样，其具有五个独处的放射地方，辞别对应k x ="0，" ±2π/A， ±4π/A。通过优化结构参数，动量空间中酿成了七个拓扑荷，其中五个与Γ点的五个放射通说念精准匹配，从而使得Γ点模样成为完满的BIC。图1e展示了不同能带的Q值分散，不错看到红色能带在Γ点的Q值趋于无限大，这进一步考据了完满moiré BIC的存在。
图1. 1D moiré光子晶体BIC的表面设想。
磋商亮点之二：moiré BIC在全波矢空间的高Q反馈及鲁棒特色
进一步磋商发现，除了Γ点的moiré BIC具有无限大的Q值，远隔Γ点的moiré BIC本征模样仍然保握较高的Q值。图2a展示了kx空间内平带的远场放射信息，不错流露看到，由于多个拓扑放射零点的存在，极地面扼制了整条能带的放射强度。手脚对比，图2b展示了传统BIC能带的远场放射情况，其中仅有一个拓扑荷位于Γ点，导致远隔Γ点的放射强度显耀增多，进而对应较低的Q值。图2c对比了moiré BIC平带（红色实线）与平方BIC（灰色实线）的Q值分散，不错赫然看出moiré BIC能带在悉数这个词k空间内杀青了全面的Q值擢升。
具有moiré BIC能带的另一显耀特色是，其大角度本征模样所施展出的强鲁棒性。图2c中橙色、黄色和绿色实线辞别展示了不同扰动强度下moiré BIC平带的Q值分散。相应的传统结构的Q值变化则由灰色实线示意。不错看到，跟着扰动强度的增多，传统结构的Q值显耀下落，而moiré BIC平带的Q值在大角度下着实莫得衰减，展现出极强的通晓性。
图2. Moiré BIC在全波矢空间的高Q反馈及鲁棒特色。
磋商亮点之三：moiré BIC的执行不雅测
为了考据上述表面厌世，磋商东说念主员制备了设想好的moiré 光子晶体样品。样品尺寸为500×500 μm2，包含约170个moiré周期。图3a展示了样品的扫描电子显微图像，右侧为单个单位的放大图。加工样品的尺寸与表面设想高度吻合。在图3b中，通过角分辨透射谱的测量，磋商东说念主员绘画了该结构的色散关系。不错看到一条色散较弱的能带出目下1440 nm隔邻，阐发了moiré光子晶体的平带色散特色。同期，能带透射率在Γ点隔衔接近隐藏，标明该区域模样与外界的耦合极具收缩，从而考据了moiré BIC的存在。
此外，磋商东说念主员愚弄可调谐激光器，测得了不同频率下样品的等频率图，厌世展示在图3c中。通过散射强度谱线，他们测量了不同波矢点光子晶体模样的Q值，并将厌世展示于图3d。不错看到，在入射角为3.6°处，Q值达到了9042，而在6.4°和8.3°时，Q值辞别为6051和1094。这一厌世讲解了具有moiré BIC的平带，在大角度规模内齐具有较强的Q值。
图3. Moiré BIC的不雅测与Q值测量。
亚洲在线要而论之，磋商东说念主员初次忽视并设想了光学moiré连气儿谱管理态。通过精准调控多个拓扑涡旋，使得Γ点本征模样的放射被悉数扼制，同期显耀增强了能带在广角规模内的Q值与鲁棒性。此外，通过样品的制备与测量，考据了moiré平带的色散特色以过甚在广角规模内Q值的擢升。这一磋商后果到手构建了窄带、宽角度且具备高Q值的光学共振模样，为曩昔探索光与物资的强相互作用提供了有用参考。
论文畅达： https://www.nature.com/articles/s41467-024-53433-9
