文献阅读2023年5月

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首页>> news>> 2023年5月组内文献阅读汇报

Nonlinear Plasmonic Metasurface Terahertz Emitters for CompactTerahertz Spectroscopy Systems

背景：非线性等离子体超表面为产生宽带太赫兹(THz)辐射提供了新的和有前途的手段，因为它们的体积小，功能比传统的太赫兹发射器所能实现的要多。然而，迄今为止，它们仅由放大激光系统驱动，这些系统昂贵且占地面积大，从而限制了它们的潜在应用范围。

本文：本文首次研究了利用低能量近红外飞秒脉冲驱动超表面发射THz的可能性。从40 nm厚的等离子体超表面观察到宽带太赫兹发射，并实现了与2500倍厚的ZnTe晶体一样高的近红外到太赫兹转换效率。

ACS Photonics 2020, 7, 3286−3290

Deterministic Fabrication of Twisted Van Der Waals Structures

研究者开发了一种薄膜辅助转移（TAT）技术。该技术可以在指定的位置上用单层二维材料制造复杂的vdW结构并首次实现了多层同质/异质拓扑结构的串联、螺旋结构、手性对称等，每一层都精确地位于指定的位置并拥有特定的转角（精确度为0.37°）。TAT能够以较高的完整性和清洁度操纵单层二维材料，并建立起各种拓扑结构。此外，TAT可以将这些结构转移到不同的基底上，包括那些预制的电极，有利于器件的制造。研究者相信TAT有潜力发展成为一种高通量的、统一的、以及更精确的转移技术，通过使用先进的微机械系统和优化薄膜组成，从而为实现双电子学开辟一条切实可行的道路。

Adv. Funct. Mater. 2023, 2212210 (1-11).

报告人：张天天

High-efficiency broadband achromatic metalens for near-IR biological imaging window

实验制备了一种偏振不敏感的宽带二氧化钛消色差超透镜。开发出一种大规模制造技术来生产二氧化钛纳米柱，其纵横比创历史新高，柱高为 1.5 µm，垂直侧壁约为 90°。所展示的超透镜表现出显着增加的群延迟范围，并且消色差的光谱范围大大扩展到 650-1000 nm 的波长范围，平均效率为 77.1%-88.5%，数值孔径为 0.24-0.1。由于纳米柱至少具有四重旋转对称性，因此预计消色差超透镜对偏振不敏感，这对于生物应用至关重要。

Nature communications, 2021, 12(1): 5560. (2023).

Compact spin-valley-locked perovskite emission

定向准直发射的圆偏振光在手性光学、自旋电子学、能谷电子学、量子光学等领域发挥着基础性作用，它通常由光源和一系列光学元器件（如：偏振片、1/4波片、准直器、平面镜等）级联产生。如何在一个紧凑的发光器件上同时实现高发光效率、高圆偏振度、高准直性和大发射角，具有重要的理论和应用价值，也极具挑战。现有的微纳激光器往往只能实现其中的部分功能，且光束的圆偏振度通常较低（<0.5），难以实现大角度（>40°）定向发射。金属卤化物钙钛矿作为下一代发光器件的理想材料，具有发光量子效率高、带隙可调、可溶液加工等优势，但由于缺乏固有的自旋锁定机制，其发光圆偏振度很低，即使在钙钛矿材料中引入手性配体构筑手性钙钛矿，可实现的发光圆偏振度依旧非常有限，而钙钛矿发光器件的小型化会进一步降低发光效率和方向性。连续域束缚态（Bound state in the continuum, BIC）作为一种奇异的光学拓扑态，具有超高的光学品质因子，因而被广泛用于激射、超高灵敏传感、非线性增强等。同时，由于BIC的拓扑结构在布里渊区内表现为环绕Γ点的偏振涡旋，因此BIC超表面通常发射垂直方向的涡旋光。近期，科学家通过打破结构的xy面内C2和z方向镜面对称性，展示了基于手性BIC的高圆偏振度发光【Science 377, 1215–1218 (2022)；Nature 613, 474–478 (2023)】，但所使用的具有特定倾斜角度的三维手性结构对微纳制造工艺提出了严格要求，结构的微小偏差都会导致圆偏振度的显著降低，因此该方案无法进行大规模推广和应用；且其发射方向固定为法线方向，难以实现大范围的发射角调制。近期新加坡国立大学仇成伟教授课题组、清华大学熊启华教授课题组等在基于钙钛矿超表面的定向圆偏振发光方面取得重要进展。通过光子能带的布里渊区折叠，在BIC模式上加载了光子自旋相关的几何相位，成功实现了辐射的自旋-能谷锁定，在一个超紧凑的发光器件上（40 μm × 40 μm × 160 nm）同时实现了高圆偏振度（~0.91）、高准直性（发射角<1.6°）、可控大角度发射（发射角最大可达41°）以及较低的激射阈值（8.5 μJ/cm2）。这一成果不仅拓展了BIC的相关理论，而且为调制相干和非相干辐射过程提供了一个独特的范式，在光源与光探测器、显示技术、手性光学和量子光学等领域有重要应用前景。

Nature Materials (2023)，https://doi.org/10.1038/s41563-023-01531-2