2024年08月组内文献阅读汇报

首页

人员构成

研究方向

科研进展

实验设备

最新动态

联系我们

English

首页>> news>> 2024年08月组内文献阅读汇报

Toroidal dipole

到目前为止，在二维平面和三维全介质和金属结构中、从可见光到红外、太赫兹（THz）和微波波段中，都可激发环偶极子（TD）共振。用于在较小的空间体积内实现强局域场，减小辐射损耗，实现超窄共振线宽。

一、环偶极子（TD）原理： TD不同于传统的电偶极子（ED）和磁偶极子（MD），由在圆环表面流动的电流，磁偶极矩首尾相连组成环形构型来描述，并且理论上可以通过近场耦合机制或辐射抵消方法来很好的减小辐射损耗。

图1:电、磁和环形多极子的电荷、电流分布和远场辐射图

　二、支持TD模式的三维结构设计：最初都是在三维结构中实现的TD共振模式激发，通过透射和反射谱确定共振位置，观察共振位置处电磁场分布、电流分布进行理论分析，最后利用多极模式分解进行主导模式的验证。虽然从红外到微波波段可激发TD共振的三维全介质和金属结构，已经用于介电常数传感，圆偏振转换，完美吸收等应用，但在体积、局域能量、制备工艺以及不易与平面器件集成方面还存在很大问题，所以需要开发具有更简单制造和可集成性，支持TD的二维平面超表面。

图2:支持TD的经典三维结构。（a-f）四个金属线框所激发的磁偶极子（MD）和环偶极子（TD）。（k-r）三维折叠结构激发胞内和胞间两种TD模式,以及支持环偶极子（TD）的三维结构设计

　三、支持TD模式的二维结构设计：由于二维平面超表面是三维环形结构的简化，通过设计支持TD模式的二维结构，即可解决以上问题，实现制备工艺简单、底成本、便于理论计算、与其他平面器件兼容以及减少辐射损耗等要求。

图3.支持环偶极子（TD）的二维结构设计

　TD模式的应用：介质和金属超表面都可以使得可见光到THz频率的入射波实现很强的局域，激发TD共振模式，结合TD的优势，目前已应用到很多领域，包括红外光电探测器、折射率传感器、非线性紫外光源、光开关调制器等，下面进行简要介绍：

图4 环形金属红外光电探测器，利用TD，增强光电流

　最后，材料晶格结构的空间反演对称性也对其偏振光响应过程也至关重要。基于材料本身或者是外界环境诱导等因素，材料的非线性光学性质（如体光伏效应等）会被进一步被放大，进而表现出强烈的光学偏振依赖特性。

　参考文献： Nature materials, 2016, 15(3): 263-271； Physical Review B 95, 035104 (2017)； Science 330,1510-1512(2010)； ACS Photonics 2017, 4, 2650−2658； Adv. Optical Mater. 2019, 7, 1801166； Nano Lett. 2019, 19, 605−611；

　报告人：常文瑶