前沿进展 | 基于二维材料异质超表面的极化激元感应透明效应
01 导读
近日，国防科技大学杨俊波课题组提出了一种基于二维材料异质超表面结构实现的中红外极化激元感应透明效应。这种感应透明效应由两种不同类型的极化激元共振相互耦合而成，具有深亚波长局域性、互易性以及角度不敏感性等多种特征，且能通过偏振角或外加电场进行主动式调制。研究还详细讨论了这种结构在慢光、中红外传感以及吸波方面的表现性能，揭示了其在微纳光电子器件中的多功能应用潜力。
该研究成果以“Polariton-induced transparency in hybrid 2D-material hetero-nanostructure with multi-functions”为题发表在Carbon上。
2022 | 前沿进展02 研究背景
03 研究创新点
图1(a) 一维异质超表面结构示意图；(b) 结构透射谱所表征的极化激元感应透明效应以及相应的场分布
该团队详细地讨论了此结构能够带来的多种功能应用，包括可调慢光、中红外传感以及双波段吸波等。特别地，此结构具有多种传感方式，不仅能够表征周围环境折射率的变化，还能够利用石墨烯费米能级的漂移感知环境内某些气体的浓度。另外，此结构能够明显增强中红外分子振动传感的灵敏度。仿真结果表明，沉积于普通基底上的极薄分子层中的振动很难在光谱中分辨，而通过引入此结构，则可以观察到明显的光谱分裂现象，极大地增强可分辨度，如图2所示。这源于模式之间强耦合所导致的拉比分裂效应。
图2(a-b) 薄分子层沉积在普通介质基底和异质结构的情况示意图；(c-d) 此两种情况下，不同厚度的分子层所产生的光谱响应
最后，该团队还讨论了二维异质超表面中的感应透明所拥有的有趣现象，其结构和光谱如图3(a)所示。特别地，通过向顶层六方氮化硼纳米结构引入面内各向异性，他们实现了偏振可调的感应透明效应，利用偏振角可以有效地实现单透明窗口和双透明窗口之间的连续切换，如图3(b-c)所示。
图3(a) 二维异质超表面结构示意图及其透射谱和场分布；(b-c) 引入六方氮化硼各向异性结构后，超表面在不同入射光偏振角下的透射谱和场分布
04 总结与展望
这项研究展示了二维材料中不同极化激元之间丰富的相互作用，并在未来多功能光电集成器件中具有潜在的应用。该团队相信，随着二维材料丰富的光学特性不断被揭示，以及微纳加工技术的蓬勃发展，极化激元器件将在未来高度集成的光电系统中扮演重要角色。国防科技大学博士生张兆健为第一作者，国防科技大学杨俊波研究员为通讯作者。论文链接：推荐阅读：前沿进展 | 基于超构透镜集成的平面广角相机前沿进展 | 无“墙”迷宫实现无包层的超紧凑光子回路前沿进展 | 评估新型纳米光子学平面透镜技术的标准方法前沿进展 | 基于多模光纤模式色散和深度学习的高速全光纤化成像技术前沿前沿进展 | 透过散射介质非侵入式光学成像新进展
编辑 | 方紫璇
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