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首页>> news>> 2024年12月组内文献阅读汇报



Polariton spin Hall effect in a Rashba–Dresselhaus regime at room temperature


自旋电流的产生和操纵是自旋电子应用领域的核心,它利用自旋自由度来实现新的自旋电子功能。在各种可能性中,自旋霍尔效应是一种独特的途径,在这种途径中,横向纯自旋电流形成于垂直于材料内部电荷电流的流动方向。它本质上允许在实际空间中永久分离具有相反自旋的载流子,这为自旋电子器件的有效操作和实现提供了可能性。从根本上说,载流子自旋与其轨道运动的相互作用,即自旋-轨道相互作用,是自旋霍尔效应的潜在机制,包括内在现象和外在现象。与电子系统类似,基础物理来源于光的自旋轨道相互作用,而产生高纯度的自旋偏振光是自旋光电子学的重要先决条件之一。自旋光电子学的一个有前途的平台是所谓的微腔激子-极化系统,其中自旋准粒子是由半导体激子和腔光子在强耦合状态下的杂化形成的。由于光和物质的综合优势,它们作为连接凝聚态物质系统和光子系统以设计新型自旋光电器件的优秀候选者。该工作的创新点一是用CsPbBr3钙钛矿微腔证明了Rashba-Dresselhaus体系中的激子极化子自旋霍尔效应,当它们在室温下传播45 μm的微观距离时,高度为0.88的激子极化子自旋永久分离,没有振荡。创新点二是由于独特的Rashba-Dresselhaus带结构,用线极化光束在自旋分裂带的交叉点共振激励,具有相反自旋的极化激元倾向于垂直于流动方向传播和相反分离。此外,通过调制自旋-轨道耦合,可以有效地控制激子极化子自旋输运行为在不同电压下的振荡行为。



文献来源: Nat. Photon. 18, 357–362 (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01375-x 作者:Jie Liang, Wen Wen, Feng Jin, Yuri G. Rubo, Timothy C. H. Liew & Rui Su



报告人:罗猜


解锁连续体中光子束缚态的平面外维度,以获得最大的光学手性


连续域束缚态(BIC)在不同几何结构中调节辐射损失至关重要,尤其是采用无损介电材料时,但这一应用仅限于平面结构。实现无损超表面的真正手性结构,关键在于制造三维结构,这一要求在实验上带来了可行性限制。本文提出了一种新型纳米制造方法,通过解锁全介电超表面中单个谐振器的高度,将其作为一个可调参数,用于有效控制共振特性和纳米光子功能。具体而言,我们在准BIC超表面中实现了超出平面的对称性破缺,并利用这一设计自由度,展示了一种具有最大内在手性的光学全介电准BIC超表面,能够根据结构的手性选择性响应特定圆偏振的光。内容1:将高度驱动的面外对称破缺扰动与传统的面内扰动相结合,可以实现手征qBIC超表面。具体而言,通过利用一个由两个等长的棒组成的单元结构,该结构在平面内旋转一个小角度 θ,并具有不同的底面积和高度,同时保持相同的截面。内容2:高度驱动的BICs实验实现。1.多高度超表面的制造始于通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将非晶硅(a-Si)层沉积到二氧化硅(SiO2)基板上,其中该层的厚度h1定义了超表面单元中最薄共振器元件的高度(下图,左)。2.通过电子束光刻、金属沉积和湿化学剥离,获得一层薄铬(Cr)硬掩膜,用以定义第一个共振器(下图步骤(1))。3.在样品上沉积第二层非晶硅(a-Si),并精确控制厚度Δh,形成第二个共振器元件的总厚度h2 = h1 + Δh(下图步骤(2))。4.进行第二次硬掩膜步骤,并精确对准空间位置,以定义第二个共振器的位置(下图,步骤(3))。5.最后,使用反应离子刻蚀将共振器图案转移到非晶硅层中(下图步骤(4)),并通过湿化学去除铬硬掩膜,得到具有不同高度层次的纯硅结构(下图步骤(5))。创新点一 我们提出并实现了一种新型的纳米制造方法,能够通过元谐振器的高度差来精确调节对称破缺qBIC超表面的Q因子,并进行相关实验。文章结论通过利用由一对高度差矩形硅棒组成的元件,模拟了手征超表面配置,这些棒在y轴上偏离一个小角度θ,在最佳手征配置中,根据CMT现象学,qBIC完全与正常入射的RCP波解耦,但对LCP波在892 nm波长处产生了明显的透射共振。对应的LCP照射下的近场模式局部场增强的最大因子超过20。启发学习了手性qBIC结构的建立过程,并且学习相关实验过程。

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文献来源: Light: Science & Applications (2023) 12:250 Official journal of the CIOMP 2047-7538 https://doi.org/10.1038/s41377-023-01295-z 作者:Lucca Kühner, Fedja J. Wendisch, Alexander A. Antonov, Johannes Bürger , Ludwig Hüttenhofer,Leonardo de S. Menezes , Stefan A. Maier , Maxim V. Gorkunov , Yuri Kivshar and Andreas Tittl



报告人:胡楠楠

基于MoS2的单向光发射的超表面中的BICs


超表面在纳米尺度上对光的操纵有望在可见光和红外波段中应用。介质超表面比等离子体超表面具有优势,因为介电材料中的耗散损耗低,且共振模式的相位振荡可以产生定向辐射。荧光纳米显微镜使用与蛋白质结合的纳米粒子进行照明,以检测和可视化所需的区域内源性蛋白质荧光太弱,无法揭示详细特征,并且在低浓度下检测是一个挑战。为了获得全方位的效率促进,研究人员报告说,混合结构提高了荧光发射,报告了在非金属电介质混合结构中最高的方向性仅为3000,其中74%的功率向上传播。研究内容包括基于二硫化钼(MoS2)的Mie纳米谐振器中的连续谱中的束缚态(BIC)。这种超薄纳米盘支持受对称保护的BIC,通过破坏结构的对称性可以得到准BIC(q-BIC)。从将谐振器放置在堆叠的金属-电介质层上的混合配置中,在BIC状态下观察到强的方向性发射。这种配置将BIC转换为q-BIC,并利用高度方向性的光。创新点一是首次报道了在基于MoS2的Mie纳米谐振器中的BIC,这为BIC的研究提供了新的材料平台,通过混合配置将BIC转换为q-BIC,并利用高度方向性的光实现了方向性发射,这为光电子器件的设计提供了新的思路;二是与硅基结构不同,MoS2基纳米盘中的强局域化模式在破坏对称性前后保持相似的磁场分布,这一发现为理解BIC与q-BIC的物理机制提供了新的视角。文章结论为在基于MoS2的超薄纳米盘支持对称保护的 BIC,而 q-BIC 是通过在结构中引入切割来实现的。当将 BIC 作为发光二极管放置在金属介电层堆栈上,将其转换为辐射模式时,可以在 BIC 周围看到很强的定向发射。发射效率和定向强度高于以前报道的混合结构。启发在于混合结构的运用可以兼顾两者的特点。且切割前后的磁场模式表现出了与以往不一样的行为。



文献来源: NanoLett,21,967−972. doi: https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03818 作者:Naseer Muhammad , Yang Chen, Cheng-Wei Qiu , *and Guo Ping Wang*



报告人:付子怡

Enhanced Second-Harmonic Generation in Thin-Film Lithium Niobate Circular Bragg Nanocavity


二阶非线性光学(NLO)响应是非线性光子学、光学显微技术、量子技术等多种应用的核心。经典的二阶非线性效应包括二次谐波生成(SHG)、自发参量下转换、光学参量振荡和放大。随着集成光子学的不断发展,非线性光学向小型化发展的趋势变得愈发显著。在纳米尺度上增强光的局域是非线性光学的关键。在纳米尺度中,波的相互作用距离远短于相干长度(Lcoh),因此相位匹配条件可以被放宽。非线性效应的强度高度依赖于局域电磁场强度、模式重叠以及非线性极化率。铌酸锂是最广泛使用的非线性晶体之一,表现出强大的二阶非线性效应和电光特性,被广泛应用于电光调制器、频率转换器和非线性超表面。然而,其适中的折射率和刻蚀侧壁角,导致模式泄漏,限制了其将光局域在纳米尺度的能力,从而在纳米尺度上实现的SHG转换效率相对较低。本文在TFLN上设计了高性能的基于anapole共振增强的二阶CBG纳米腔。研究内容包括纳米腔在泵浦强度为1.9 MW/cm²时表现出创纪录的归一化转换效率,达到1.21 × 10-2 cm²/GW。此外,作者还展示了在椭圆形布拉格纳米腔中实现的与s和p偏振无关的二次谐波生成。创新点一是目前大多数基于CBG的非线性光学谐振器采用金属结构,其非线性光学转换效率较低。本文设计铌酸锂圆形布拉格光栅(CBG)谐振器,具有高光收集效率和垂直表面发射,并且其旋转对称性有望实现偏振无关的性能。创新点二是椭圆布拉格光栅(EBG)可以分裂共振模式并提高线性偏振光的收集效率。文章结论为利用支持anapole共振模式的圆形布拉格光栅形成的纳米腔,在薄膜铌酸锂中实现了高达42000倍增强的二次谐波生成,非线性转换效率达到了2.32 × 10⁻⁵。启发在于这种结构可以由薄膜铌酸锂扩展到其他纳米尺度非线性光学平台,例如过渡金属二硫化物和III-V族半导体。  



文献来源: Nano Lett. 2024, 24, 37, 11676–11682. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03286 作者:Zengya Li, Zhuoran Hu, Xiaona Ye, Zhengyang Mao, Juan Feng, Hao Li, Shijie Liu, Bo Wang, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen



报告人:常文瑶

具有不对称透射和异常反射的纳米吻环剪纸结构


摘要 我们提出了一种创新的吻环纳米剪切,其中二维开环结构可以转换为三维吻环结构,同时保留了大变形高度和多光调制等优势,由于结构的单向变形,在x偏振下展示了不对称透射。首次在纳米剪纸结构中实验实现了Pancharatnam-Berry几何相位,导致近红外波段的宽带异常反射。 介绍 从拓扑分类的角度来看,纳米剪纸结构可分为开环(树型)和闭环两类。 开环结构表现出可预测的变形,具有显著的光学特性,包括多重法诺共、自旋选择性传输37、环形共振和巨手性。然而,它们的变形通常限于单个结构部件的直接弯曲和折叠。相比之下,具有相互关联和嵌套组件的闭环结构可以实现原位折叠、屈曲、旋转和扭曲,从而促进了各种基里伽米结构的形成。 在圆偏振光入射光照射下,交叉极化反射光束在宽带中发生了异常反射。 结果 我们设计了一种接吻环纳米剪纸,当两个分离的组件变形并相互接触时,它在二维状态下是开环,在三维状态下是接吻环。



文献来源:Light: Advanced Manufacturing doi: 10.37188/lam.2024.042 作者:Yingying Chen, Qinghua Liang, Haozhe Sun, Xiaochen Zhang, Weikang Dong, Meihua Niu, Yanji Zheng, Yanjie Chen, Cuicui Lu, Lingling Huang, Xiaowei Li, Lan Jiang, Yang Wang, Jiafang Li.



报告人:王艺


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