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首页>> news>> 2024年12月组内文献阅读汇报



Optical valley Hall effect for highly valley-coherent exciton-polaritons in an atomically thin semiconductor


自旋谷锁定是过渡金属二卤族化合物(TMDCs)单层中出现的自由载流子和激子的显著特征。它源于TMDCs中的重过渡金属和晶格反演对称的破坏所引起的强自旋轨道相互作用。这导致在六角形布里渊区角的相反K点上,导带电子和价带空穴的自旋方向反转。因此,可以通过σ+和σ−圆偏振光选择性地定位K和K′谷,这被称为谷偏振。同样,两个谷的相干叠加可以被线偏振光激发,这被称为谷相干。谷伪自旋的精确控制引起了人们极大的兴趣,人们想利用这种自由度来操纵自由载流子和激子来编码和处理信息,这导致了谷电子学这一新兴领域的出现。然而,激子自旋谷的应用受到退极化机制的强烈限制,这是由于电子和空穴的强库仑交换相互作用,以及有限的激子扩散和传播长度。一种增强谷极化的方法是调整单层的电动力环境。这可以通过将TMDC单层集成到光学微腔中来实现,从而形成激子-极化激元。这种方法已被用于在室温下增加MoS2和WS2单层的DOCP,以在低温下诱导MoSe2和单层的显著谷极化。该工作创新点一是利用两种方法来增强TMDC单层中的谷偏振和谷相干性,首先,将长形MoSe2单层中的激子与机械组装的高质量(Q)因子微腔的光学模式强耦合。然后通过双光子吸收过程激发激子偏振态接近基态的准共振态。结合这两种方法,我可以产生圆偏振度和线偏振度超过90%的准粒子的谷偏振和谷相干。创新点二是利用这些条件,研究了激子极化子的谷相关光学可控传播。在谷相干激励方案中观察到,在极化激元的扩展中出现了清晰的极化域特征。



文献来源: Nat. Nanotechnol. 14, 770–775 (2019). https://doi.org/10.1038/s41565-019-0492-0 作者:Nils Lundt, Łukasz Dusanowski, Evgeny Sedov, Petr Stepanov, Mikhail M. Glazov, Sebastian Klembt, Martin Klaas, Johannes Beierlein, Ying Qin, Sefaattin Tongay, Maxime Richard, Alexey V. Kavokin, Sven Höfling & Christian Schneider 发表日期: 22 July 2019



报告人:罗猜


由连续体中固有手性准结合态驱动的可调选择性光吸收超构曲面的设计


手性光学效应源于光与手性结构相互作用时产生的不同振幅、相位和场分布。近年来,连续体中的束缚态(BICs)为手性光子学研究提供了一种解决方案,理论上具有无限高的Q因子,极大地促进了光物质相互作用。这篇文章介绍了一种新型的可调谐选择性光吸收超表面,该超表面基于硅材料,利用连续体中的束缚态(BIC)来实现超高的Q因子和接近单位的圆二色性(CD)响应。通过破坏结构的平面内和平面外对称性,研究人员能够精确控制超表面的内在手性。内容1:在保持平面内不对称参数d = 20纳米的情况下,结构的平面外倾斜参数φ变化时,共极化透射振幅变化。内容2:斜入射圆偏振波下外在手性的体现。创新点:展示了通过调整结构参数,可以在不引入额外不对称性的情况下,利用斜入射圆偏振光实现外在手性,并通过改变入射角度来控制手性翻转。本文结论通过打破硅超表面的平面内和平面外对称性,成功实现了具有超高Q因子(Q = 3722)和接近单位圆二色性(CD > 0.99)的内在手性准束缚态,通过引入石墨烯构建的石墨烯-硅混合超表面,实现了对左右手圆偏振光的选择性吸收,并且通过调节石墨烯的费米能级和结构的倾斜角度,可以主动调节吸收强度。

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文献来源: Optics Express https://doi.org/10.1364/OE.530418 作者: SHUYUAN LV,FEI HU, WENFENG LUO, HAIFENG XU, AND LAN AN



报告人:胡楠楠

利用单层 WS2和连续谱中束缚态增强光-物质耦合


与标准激子-极化激元相比,激子-极化激元 BIC 的寿命更长。这是将极化激元物理学实现稳健室温运行的关键一步,为实现超快非线性电光应用铺平了道路,例如低阈值激光、信息处理和逻辑操作。研究内容包括通过将单层WS2与由一维光子晶体形成的拓扑保护的BIC相结合,探索了这种相互作用对光-物质耦合的增强效果。优化了单层WS2位置的电场强度,利用布洛赫表面波约束来最大化与活性材料的耦合。创新点一是在室温下实现了强光-物质相互作用的增强和大激子-极化激元非线性性。二是最大化了单层WS2与BIC之间的耦合。这种方法不仅提高了光-物质相互作用的强度,还为后续的研究提供了有效的优化策略。文章结论为单层WS2与介质光子晶体板中BIC相结合可以实现强光-物质相互作用显著增强以及大激子-极化激元非线性性,启发在于利用了布洛赫表面波,但也不是纯介质光子晶体结构,还是有DBR和fb腔的部分创新应用。



文献来源: Nature Materials volume 22, pages964–969 (2023) 作者:Eugenio Maggiolini 1,2,6, Laura Polimeno1,6, Francesco Todisco 1, Anna Di Renzo1,3, Bo Han4, Milena De Giorgi1, Vincenzo Ardizzone1, Christian Schneider 4, Rosanna Mastria1, Alessandro Cannavale Marco Pugliese 1,5, 1, Luisa De Marco1, Aurora Rizzo1, Vincenzo Maiorano1, Giuseppe Gigli1,3, Dario Gerace 2, Daniele Sanvitto1 & Dario Ballarini 1



报告人:付子怡

Efficient Simultaneous Second Harmonic Generation and Dispersive Wave Generation in Lithium Niobate Thin Film


铌酸锂薄膜(LNTF)是一种超低损耗非线性集成光子学平台,具有优良的非线性光学性质,包括大的二阶非线性系数,低的吸收损耗以及从紫外到中红外的宽带光学透明窗口(0.35~5.2μm)。具有极强的光约束能力,可以将光场限制在很小的体积内,且满足模式相位匹配条件,显著提高二阶非线性光相互作用的强度和转换效率。本文对LNTF中二次谐波产生的相位匹配条件进行了详细的理论分析。研究内容包括精心设计LNTF中几何色散,模式色散和相互作用光波模式之间的模式重叠。详细的分析出射端面不同区域的光斑分布和光谱特性,明确阐述不同区域图案分布和光谱分布的特点和原因。研究不同泵浦能量下的出射光谱演化,并且利用简化后的广义非线性薛定谔方程研究了泵浦脉冲沿着传播路径的光谱演化过程。创新点一是在近可见波长的泵浦下,在没有刻蚀和没有施行准相位匹配的LNTF中,实现了可见光波段宽带的色散波产生。创新点二是宽带的色散波与自相位调制展宽后的泵浦光波无缝衔接在一起,形成了可见-近红外区域接近一个倍频程的超连续谱。文章结论为在飞秒脉冲激光的泵浦下,在单片LNTF波导中成功实现了微焦耳量级的模式相位匹配二次谐波的产生和宽带色散波的产生,且转换效率超过25%。在其实验观测中,LNTF波导出射端面出现了显著且对称分布的二次谐波和色散波光斑分布,展示出强烈的空间色散特性。启发在于利用合理的色散工程,结合非线性效应,为高效和高能量的片上超连续谱产生提供了一种简单可行的方法,可用于精密光谱学、信号处理以及光通讯等应用领域。



文献来源: Laser Photonics Rev 2024, 2400335. DOI: https://doi.org/10.1002/lpor.202400335 作者:Lingzhi Peng, Liqiang Liu, Xiaoni Li, Lihong Hong, Zhiyuan Li



报告人:常文瑶

在自旋旋光场下手性光学力的观察


由线状椭圆偏振光产生的自旋旋度场中手性颗粒上的复杂手性光力,并通过实验证明了不同尺寸和手性的手性粒子在不同光偏振下的双向运动. 光携带动量,可以传递给物体并产生光力。横向光力(也称光横向力,optical lateral force,OLF)指的是垂直于光传播方向且与光的强度和相位梯度无关的光力。手性颗粒的本构关系是电-磁耦合式的,通过在偶极条件下分析手性颗粒上光力的物理机制,将合力分解为来自Belinfante自旋动量(BSM,pS)、自旋角动量(SAM,S)、坡印廷动量(P)、能流旋度(∇×P)以及光梯度力(∇U)几部分. 研究中将仅由手性引起的由S和∇×P产生的力称为手性决定力(CDF),而源自BSM和P的力,这些力可以作用在非手性颗粒上,称为准非手性力(QAF),但QAF也会因为颗粒手性参数κ的改变而变化。在不同的颗粒尺寸和手性范围内,手性颗粒上的主导力不同,例如对于大尺寸和大手性的颗粒,光力的主导项为CDF,而在偶极范围内,主导的光力为手性梯度力,其余时候则是由CDF和QAF共同主导。 手性OLF已被证明具有横向动量转移、光学Stern-Gerlach效应和间微泡。手性光学力的实验演示主要涉及单个光特性,如横向自旋、横向动量和能量螺旋度梯度。 在常见的光波(如高斯光束和渐逝波)中,手性光学力表现为随光或粒子的手性而符号反转。 在这里,我们探测了椭圆偏振的线状光束在形成自旋卷曲光场的手性球上的复杂手性光力。横向自旋、Belinfante自旋动量和能量涡旋(能量流的旋度),这些特征的复杂相互作用导致了异常的OLFs,并且可能与光螺旋度和粒子大小有异常的关系。实验上,我们展示了不同尺寸和手性的手性粒子在不同光偏振下的双向运动。同时,具有相反手性的手性粒子的运动速度和方向可能会发生剧烈的变化



文献来源:Phys. Rev. Lett DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.233802 作者:Chengxing Lai1,2,3,4, Yuzhi Shi1,2,3,4,*, Haiyang Huang1,2,3,4, Weicheng Yi1,2,3,4, Alfredo Mazzulla5, Gabriella Cipparrone6, Yan Zu7, Weiqiang Ding8, Hang Li8 et al.



报告人:王艺


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