文献阅读2025年6月

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首页>> news>> 2025年6月组内文献阅读汇报

文献标题：Resonant exceptional points sensing in terahertz metasurfaces

非厄米系统中的本征值和本征态同时简并的现象，被称为例外点( EPs )，使得EP附近的系统对环境中的扰动高度敏感。最近，关于太赫兹超表面的研究工作主要集中在利用传输矩阵寻找退化特征值，称为散射EP，而忽略了对另一种EP形式- -共振EP的探索。在这项研究中，我们对太赫兹超表面中的谐振EP进行了数值、理论和实验研究，其单胞由两个不同长度的金属棒组成，处于双能级非厄米系统中。研究内容：通过改变两个系统参数，我们可以操纵两个谐振器之间的耦合，从而仅通过单次测量直接实现复频率的奇异性。此外，我们的仿真和测量显示灵敏度高达9046 GHz / ( RIU mm )，这突出了EP的高灵敏度特性。我们的方法不仅为理解非厄米太赫兹超表面中的EP提供了新的视角，而且还提出了高灵敏度太赫兹传感的替代方法。创新点：改变两个金属棒的横向偏差以及长度偏差来寻找满足EP点的条件。结论：全面探索了由两个长度不等的金属棒组成的双模系统在不同光学环境下的太赫兹超表面，由于耦合和损耗之间的微妙平衡，支持了共振EP的存在。还实验演示了使用不同厚度的PI薄膜的传感过程，实现了9046 GHz / RIU / mm的最大灵敏度。这种方法可以扩展到其他波段，并且可以通过结合活性材料如石墨烯和二氧化钒来动态调制以实现EP。

文献来源：Applied Physics Letters (2024) 124(13) 作者： Lei Wang, Hang Liu, Tong Li, Da Tian, Caihong Zhang,Jingbo Wu, Kebin Fan, Biaobing Jin,Jian Chen,and Peiheng Wu

报告人：王艺

文献标题: Dirac-vortex topological cavities-Jackiw–Rossi zero modes 狄拉克涡旋拓扑腔体-Jackiw–Rossi零能模

相移分布反馈激光器（DFB）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）的中带隙模式实际上都具有拓扑特性，其数学形式等价于Shockley surface态、Jackiw-Rebbi零能模以及Su-Schrieffer-Heeger（SSH）边缘态。内容包括（二维）狄拉克涡旋腔是Jackiw和Rossi13提出的具有质量涡旋的狄拉克方程零模解的光子学实现手段。狄拉克方程的非零质量项(mi)会产生带隙的狄拉克能谱。一值得注意的是，当色散谱相对于狄拉克频率呈现上下对称时，第三质量项将消失。这种保护性对称性即为SSH模型的手性对称性。二需要说明的是，在实际非零频率的光子系统中，手征对称性会被轻微破坏，导致m0I不完全为零。此时狄拉克谱并非严格上下对称，且w对应的拓扑模在频率上并非完全简并。启发在于在一维上从数学或者说理论推导的角度将Jackiw-Rebbi零能模以及Su-Schrieffer-Heeger（SSH）边缘态进行统一，又将其和二维的常见的拓扑态联系在一起，有效统一起来，但对于Jackiw-Rebbi零能模具有什么拓扑特性，类似自旋边缘态传输特性？高阶拓扑的局域特性？这个态的品质因子如何？受拓扑保护的鲁棒性体现哪？模式体积更小能不能通过计算的方式进一步体现?

文献来源: Nat. Nanotechnol. 15, 1012–1018 (2020). 作者：Xiaomei Gao1,2,6, Lechen Yang1,3,6, Hao Lin1,3, Lang Zhang1,2, Jiafang Li1, Fang Bo2, Zhong Wang 4 and Ling Lu

报告人：付子怡

文献标题: Electro-Active Metasurfaces Controlling Exceptional Topological Phase Through Low-Voltage Operation on Conductive Polymer 《电活性超表面通过导电聚合物低压操作控制特殊拓相》

超表面（Metasurfaces）是人工设计的平面光学元件，能够在亚波长尺度上调控光的相位、振幅和偏振等特性。然而，传统超表面在实际应用中存在通道数量有限和缺乏主动调制能力的限制。本文提出一种基于电活性手性光学响应的双通道超表面，通过低电压操作实现对光的调控。该超表面采用反射型金属-绝缘体-金属（MIM）结构，结合了聚苯胺（PANI）薄膜作为绝缘层和手性金（Au）纳米结构作为超原子(图a)。研究内容1：手性Au超原子通过诱导异常拓扑（Exceptional Topological）相位实现基于入射光偏振的通道调控。内容2：PANI薄膜的折射率变化则通过施加电压实现对超表面手性光学响应的电控，从而实现另一个电压调控通道。创新点1：双通道调控：通过结合手性Au超原子的ET相位和PANI薄膜的电控折射率变化，实现了基于入射光偏振和施加电压的双通道调控。创新点2：利用PANI薄膜的电化学特性，实现了对超表面光学响应的主动调控。文章结论：该研究提出的基于电活性手性光学响应（EACOR）的双通道超表面技术，为光学加密和显示领域带来了新的可能性。通过结合手性金纳米结构和聚苯胺薄膜，实现了对入射光偏振和施加电压的双重响应，显著提升了超表面的功能性和灵活性。启发：通过加电压能改变PANI薄膜的材料特性，在结构中提供对光调控作用。

文献来源: Adv. Funct. Mater., 2025, 2501916. 作者： JaekyungKim,MinsuJeong,ChunghwanJung,JunhwaSeong,andJunsukRho 发表日期: 2025

报告人：胡楠楠

文献标题: Ultraviolet Metalens Based on Nonlinear Wavefront Manipulation of Lithium Niobate Metasurfaces

背景：非线性超透镜在谐波产生与聚焦领域面临材料瓶颈：金属结构损耗高，传统介质材料（如ZnO）非线性系数低（χ⁽²⁺≈0.2 pm/V），而高性能材料（如GaAs）在可见光波段不透明。铌酸锂（LN）具备超高χ⁽²⁺系数和宽透明窗口，但稳定晶体结构导致纳米加工困难，此前未实现LN基非线性超透镜。研究内容：采用椭圆纳米孔作为超原子单元，通过调节主轴长度（200–400 nm）实现二次谐波（SHG）相位0-2pi连续调控。开发多气氛协同刻蚀技术（Cl₂/O₂混合气体ICP-RIE），攻克LN纳米加工难题，制备出直径200 μm、侧壁陡直的高精度超透镜。将780 nm近红外光转换为390 nm紫外光并聚焦至0.7 μm光斑（接近衍射极限），数值孔径（NA）达0.7（图4d-f）。焦斑峰值强度提升40倍，SHG转换效率超同等厚度LN薄膜10倍。创新点：1.首例LN非线性超透镜：首次利用LN的高非线性特性实现紫外波段高效SHG聚焦。2.加工技术突破：多气氛刻蚀技术解决LN纳米结构加工瓶颈，侧壁陡直度达亚微米精度。2.性能优势：0.7 μm紫外聚焦光斑（NA=0.7）为同期最小之一。SHG转换效率比传统介质超透镜高1个数量级。文章结论：LN超透镜成功实现780 nm→390 nm波长转换与亚微米聚焦（光斑0.7 μm，NA=0.7），焦斑强度增强40倍。椭圆孔相位调控结合多气氛刻蚀技术，为LN基非线性光子器件提供可扩展方案。该器件在紫外成像、量子光学（纠缠光子对生成）及强场物理（双色激光调控）具应用潜力。启发：LN的高非线性特性可推广至其他频段（如中红外）的超透镜设计，高效SHG聚焦为紧凑型纠缠光子源提供新路径，助力量子通信与成像。

文献来源:ACS Photonics https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c02259 作者：Yunan Liu, Bo Wang,Leyong Hu, Xu Ji, Tingyue Zhu, Ruhao Pan, Haifang Yang, Changzhi Gu, and Junjie Li 发表日期: 2025.3.19

报告人：刘高敬

文献标题: Giant Enhancement of the Optical Second-Harmonic Emission of WSe₂ Monolayers by Laser Excitation at Exciton Resonances WSe₂ 单层在激子共振时激光激发下光学二次谐波发射的巨大增强

过渡金属二硫化物（TMDC）单层材料（如 WSe₂ 和 MoS₂）在光电子学、非线性光学和电子谷物理领域具有重要应用前景。这些材料的晶体对称性破缺和自旋轨道相互作用导致载流子自旋与 k 空间谷物理耦合。当电子和空穴同时存在时，会形成激子，且激子束缚能较大。研究内容包括研究了WSe₂单层薄片，使用可调谐OPO产生的皮秒脉冲进行双光子激发，同时利用频率倍增的OPO脉冲进行单光子激发，收集PL和SHG信号。在双光子激发能量扫描过WSe₂单层的激子谱时，发现SHG效率增强了3个数量级。通过1-和2-光子光致发光激发实验以及第一性原理计算，确定了表现出强共振效应的激子态的能量和宇称。双光子激发实验中，2p激子态的共振激发会导致谷相干和谷极化的增强。创新点一是首次在 WSe₂ 单层中观察到在激子共振时SHG效率的巨大增强，这种增强是由于电偶极和磁偶极跃迁的共同作用。二是通过多种实验手段和理论计算相结合，全面揭示了WSe₂单层中激子态的性质以及它们对光与物质相互作用的影响。文章结论为WSe₂单层的光与物质相互作用在激子共振时显著增强，这种增强在SHG效率上表现为3个数量级的提升，确定了WSe₂单层中激子态的能量和宇称，以及它们在SHG和光致发光中的作用，双光子激发能够有效地产生激子谷相干和谷极化，为谷物理的研究和应用提供了新的途径。启发在于为研究其他二维材料中的激子物理和非线性光学效应提供了新的思路和方法。

文献来源：Phys. Rev. Lett. 114, 097403 (2015) 作者：G. Wang, X. Marie, I. Gerber, T. Amand, D. Lagarde, L. Bouet, M. Vidal, A. Balocchi, B. Urbaszek

报告人：高恩博

文献标题: Silicon Plasmonics for Enhanced Responsivity of Silicon Photodetectors in Deep- Ultraviolet Region 硅等离激元用于增强深紫外区域硅光电探测器响应度

硅因其在深紫外（DUV）区域的负介电常数和成熟的加工技术，成为等离激元研究的潜力材料。然而，由于硅的宽带隙和有限的光吸收，其在DUV区域的光电探测器通常响应度较低。传统方法使用铝等金属激发表面等离激元共振（SPR），但受限于硅和金属在DUV区域的负介电常数。研究内容包括展示了一种在n型硅表面通过电子束光刻和反应离子刻蚀制备的周期性亚微米光栅（周期210-270 nm）的光电导硅探测器。光栅可在TM偏振光下于266 nm波长激发SPR，增强硅表面的电场和吸收。光电流测量表明响应度显著提高，在10 V偏压下可达300 mA/W，超越传统硅光电二极管。创新点一是无金属SPR激发：通过周期性亚微米光栅在硅上实现无金属SPR激发，利用了硅在DUV区域的负介电常数。二是等离激元与光电探测一体化：不同于传统等离激元器件中SPR支持材料与光电探测材料的分离，本研究展示硅同时作为等离激元谐振器和光电探测介质，提供了一种紧凑高效的DUV探测设计。文章结论为通过无金属硅等离激元，利用周期性亚微米光栅增强硅光电探测器在DUV区域的响应度。启发在于可以尝试利用si等离激元增强ZnO光电探测器的深紫外区域吸收。

文献来源: PHYSICAL REVIEW LETTERS 134, 226901 (2025) 作者：Yu-ichiro Tanaka , Atsushi Ono , Wataru Inami and Yoshimasa Kawata.

报告人：颜培烨

文献标题: High-Dimensional Entanglement-Enabled Holography 基于高维纠缠态的全息术

传统量子全息技术受限于二维偏振纠缠态，信息容量有限。轨道角动量作为高维自由度，可突破维度瓶颈，实现大容量全息编码。研究内容：首次将高维轨道角动量纠缠态引入全息成像，通过自发参量下转换技术与液晶空间光调制器产生高维轨道角动量纠缠光子对(|ψ>=∑_(l=-∞)^∞▒〖c_l 〖|l>〗_i 〗〖|-l>〗_s)。创新性设计轨道角动量编码机制（图a：将目标图像与采样阵列相乘生成轨道角动量保留全息图，编码特定轨道角动量态后叠加为全息图），利用量子符合测量实现量子全息。创新点：一是首次将量子全息从二维偏振拓展至六维轨道角动量纠缠，容量提升3倍。二是展示了量子全息术对于经典噪声环境下的鲁棒性，在强白光噪声干扰下，量子OAM全息仍能重建清晰图像，而经典系统则完全失效。文章结论为通过对高维轨道角动量纠缠态的应用，不仅解决了传统量子全息术在容量和安全性上的限制，还通过实验验证了其实际性能优势。启发在于不仅加深了对量子纠缠态的进一步理解，还为高维量子全息术的实验实现与未来的实际应用提供了指导。

文献来源: Phys. Rev. Lett. 130, 053602(2023) 作者：Ling-Jun Kong, Yifan Sun, Furong Zhang, Jingfeng Zhang, and Xiangdong Zhang

报告人：赵健