• 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>> 2025年9月组内文献阅读汇报



文献标题: Giant two-photon upconversion from 2D exciton in doubly-resonant plasmonic nanocavity 双共振等离激元纳米腔中二维激子的强双光子上转换


研究内容:本文聚焦于二维范德华材料单层激子在双共振等离激元纳米腔中的双光子上转换发光现象。通过将单层WS₂嵌入“纳米立方体-金属膜”型等离激元纳米腔,实现了激发光与发射光同时与腔模共振,显著提高双光子吸收与辐射效率。实验测得约2440倍增强的双光子上转换发光,并在350 K温度下实现了超3000倍增强。作为对比,同时还测试单共振条件下的光致发光约890倍和二次谐波约134倍增强。创新点:一是通过调控金纳米立方体与金膜间隙,设计实现了激发与发射同时与腔模匹配,大幅提升了双光子上转换效率。二是实现了目前二维激子体系中最高的双光子上转换增强,在热调控下可达超3000倍。三是在同一纳米腔中同时实现了光致发光增强及二次谐波增强,为多功能非线性光子器件奠定基础。结论:本文通过纳米光腔与二维激子的强耦合,显著突破了二维半导体双光子上转换效率低的瓶颈。研究成果不仅在基础上揭示了等离激元-激子体系中的非线性增强机制,也为开发低成本、高性能的非线性光学器件提供了实验依据。启发:未来可以考虑将这种双共振纳米腔设计推广至其他二维材料;同时可将其与量子点、钙钛矿等结合,发展高效率的室温非线性光学与量子光学器件。



文献来源: Light: Science & Applications 作者:Fangxun Liu, Haiyi Liu, Cheng Chi, Wenqi Qian, Yuchen Dai, Guangyi Tao, Sihan Lin, Shihan Ding, Menghan Yu, Hongliang Liu, Lie Lin, Pengfei Qi*, Zheyu Fang, Weiwei Liu.



报告人:赵健


文献标题: Valley photonic crystals for control of spin and topology 用于控制自旋和拓扑的谷光子晶体


本文的研究背景立足于光子晶体作为一种能够操控光传播的强大平台,其在光学通信和传感等领域应用潜力巨大。近年来,拓扑光子学的发展带来了诸如单向传输等新颖物理现象。与此同时,在二维材料(如石墨烯和过渡金属二硫化物)研究中兴起的“谷”(Valley)这一新自由度,因其在信息处理中的潜在价值而受到广泛关注。然而,在电子体系中实现和操控谷自由度面临巨大挑战,这促使研究者思考如何在光子体系中引入并利用这一概念。在研究内容上,文章核心是提出并验证了一种“谷光子晶体”。这种晶体具有电磁对偶对称性但打破了空间反演对称性,其典型结构是由两种具有相反双各向异性系数的棒状超材料元胞按蜂窝状排列构成。这种设计导致了能带在动量空间的K和K'谷处发生自旋依赖的劈裂,并由此观测到了谷霍尔效应。即光的自旋与谷自由度锁定,使得不同自旋的光在体材料中沿特定方向传播。本文的创新点突出体现在三个方面:首先,成功地将电子系统中的“谷”概念引入光子体系,创造了VPC这一新结构;其次,研究发现并证明即使在没有非平庸拓扑的平凡光子晶体中,也能产生由谷自由度主导的新奇效应,打破了拓扑性质是前提条件的常规认知;最后,文章通过设计一种双各向异性-非双各向异性的混合配置,在一个系统中独立控制了谷自由度和拓扑性质,实现了长期以来在电子系统中追求的目标,并由此得到了受拓扑保护的平直边缘态。本文的结论是谷光子晶体为操控光提供了一个新的自由度,基于此观测到的光子谷霍尔效应和选择性自旋流等现象,无需依赖系统的拓扑非平庸性。同时,实现了对谷和拓扑的独立调控,展现出了构建新型光子器件的潜力。从研究中得到的启发是找到了理解谷霍尔效应的切入点,以此文章及其相关引文来搞懂谷光子学。

文献来源: NATURE MATERIALS DOI: 10.1038/NMAT4807 作者:Jian-Wen Dong 1,2† , Xiao-Dong Chen 1† , Hanyu Zhu 2 , Yuan Wang 2,3 and Xiang Zhang 2,3,4 * 发表日期: NOVEMBER 2016



报告人:喻志翔

文章标题:Plasmonic bound states in the continuum for unpolarized weak spatially coherent light《用于非偏振弱空间相干光的等离激元连续域束缚态》


文章概述:等离激元共振形成的连续域束缚态为调控光-物质相互作用提供了前所未有的机遇。然而,高品质因子的准连续域束缚态的激发通常局限于特定偏振态和入射方向的准直光,该类共振对入射光的弱空间相干性和较差偏振态响应较差。本研究通过利用参数空间中的连续域束缚态,在具有对称性的金属超表面中实现了高品质因子的尖锐共振,该共振具有无偏振以及近完美吸收特性。文章的研究内容:超表面结构为:在二氧化硅间隔层上排列银 - 硅 - 银纳米块阵列,间隔层底部添加银层阻止光的透射,且超表面单元胞在 x、y 方向周期相同,具备 C₄对称性和面内镜像对称性。通过调节二氧化硅间隔层厚度,使超表面支持的连续域束缚态演变为准连续域束缚态,进而实现近完美吸收,并调控共振的 Q 因子与光场的增强效果。文章的实验原理:①连续域束缚态是嵌入辐射连续谱中的非辐射态,在无耗散理想介质中,其辐射损耗完全消除,Q 因子趋近于无穷大。当通过调节间隔层厚度,轻微偏离连续域束缚态条件时,连续域束缚态会演变为准连续域束缚态,此时辐射损耗有限,Q 因子虽为有限值但仍保持较高水平。②当入射角θ接近50°时,出现偶然连续域束缚态,该状态下辐射损耗进一步降低,使得 Q 因子随入射角从0°增加到30°时仍能保持较高水平。文章的结论:成功设计出一种对称的等离激元超表面,该超表面可实现偏振无关特性与高品质因子的共振,无需破坏面内对称性,仅通过调节间隔层厚度即可使连续域束缚态演变为准连续域束缚态,进而在正常入射下实现近完美吸收的高 Q 准连续域束缚态。偶然连续域束缚态的存在使超表面在入射仰角从0°变化到30°时,仍能保持Q因子大于63。文章的优点:①以往高品质因子准连续域束缚态需依赖特定偏振、特定方向的准直光,而本研究设计的超表面首次实现了非偏振弱空间相干聚焦光的激发。②传统准连续域束缚态的调控常需破坏超表面的面内对称性,本研究仅通过调节间隔层厚度,即可实现连续域束缚态向准连续域束缚态的演变。



文献来源:Photonics Research(2023) 文章作者:ZHUO WANG, YAO LIANG, JIAQI QU. et al.



报告人:丁玺铮

文献标题:Spatially Encoded Polaritonic Ultra-Strong Coupling in Gradient Metasurfaces with Epsilon-Near-Zero Modes 有近零模式的可空间编码的极化超强耦合梯度超表面


超强耦合是光与物质相互作用的一种特定作用区域,其特征为耦合强度超过基态能量的 10%。该作用区域会催生高效单光子耦合、量子门等新颖物理现象,在量子传感、非线性光学及低阈值激光等领域具有应用价值。早期虽然等离激元系统中实现了超强耦合,但会存在金属损耗,而介电材料虽具备低损耗、高Q因子的优势,但缺点是光场与材料共振之间的模式重叠比较低,所以在介电材料中实现该效应比较困难。研究内容:本文利用支持qBIC的介电双梯度超表面,对光谱空间与耦合参数空间同时进行空间编码,意思就是能够实现光谱位置和耦合强度的同时调节;并且在超薄二氧化硅层中实现了与近零模式的超强耦合;而且调整二氧化硅层在超表面的垂直位置,可以选择性让qBIC与TO声子耦合,或者是qBIC与TO声子、近零模式都耦合。最后能够实现超表面结构的强烈面外电场与近零模式的电场的重叠,系统获得归一化耦合强度 η=0.10,且模式分裂达到近零模式能量的20%,对比之前的研究方案提升4-5倍。创新点:1、首在介电材料中实现qBIC与近零模式的超强耦合。2、提出双梯度设计超表面。3、调整二氧化硅层在超表面的垂直位置,可以选择性让qBIC和近零模式、TO声子耦合。启发:二氧化硅替换成其他非线性材料可进一步增强非线性效应。



文献来源:Adv. Mater. 2025, e10402.作者:Enrico Baù, Andreas Aigner, Jonas Biechteler, Connor Heimig, Thomas Weber,Thorsten Gölz, Stefan A. Maier, and Andreas Tittl*



报告人:林荣培

文献标题:Metasurface-Enabled Dual-Channel Single-Pixel Polarimetric Imaging 超表面实现双通道单像素偏振成像


背景:近年来,单像素成像因其低成本、结构简单而受到广泛关注,尤其在红外、太赫兹等缺乏高性能二维探测器的波段表现出独特优势。然而,传统单像素成像通常仅获取强度信息,难以同时解析物体的偏振特性。偏振信息在目标识别、材料检测和遥感成像中至关重要,因此如何在单像素成像中高效获取偏振信息成为研究热点。创新思路:本文提出了一种基于偏振复用超表面的双通道单像素偏振成像方法。作者利用亚波长尺度超表,通过设计四类纳米结构单元,分别对应对x和y偏振光的不同透射率,实现了2比特编码。入射线偏振光经物体调制后,出射的x和y分量可在超表面上分别被不同掩膜编码,再由单像素探测器采集到光强信号。相比传统方案,该方法无需额外偏振光学元件测量,就能在一次实验中同时获取两个正交偏振通道的信息。实验验证:作者制备了周期为500 nm、尺寸为1000×1000像素的超表面样品,并搭建光路进行了成像测试。结果显示,在30% 的采样率下,该方法能够成功恢复目标在x偏振和y偏振通道下的图像,分辨率达到4.38 μm。启发:超表面不仅可以作为传统光学元件的替代,还能在信息编码与成像中发挥独特作用。通过结合压缩感知算法,作者将复杂的偏振成像任务转化为一次单像素探测与计算重建的过程,大幅降低了系统体积与测量时间。未来,这一思路可扩展至更多偏振通道,为光学检测、医学成像和航空航天等领域提供新的解决方案。



文献来源: Laser Photonics Rev (2025): e01878. 作者:Haoran Xiong, Ruizhe Zhao, Chenyi Tian, Xin Li, Bo Wang, Junjie Li, Lingling Huang



报告人:方伟康

文献标题:Ferroelectric Tunable Nonvolatile Polarization Detection Based on 2Hα‑In2Se3 《基于2H α‑In2Se3的铁电可调非易失性极化检测》


作为二维材料,2H α‑In2Se3具有两个优点,一是特别薄,容易做小器件,还能和现有芯片技术兼容,二是它有 “铁电性”,加一次电场就能实现切换并保持在面内外的极化状态,此后不用一直通电也能维持,也即非易失性。作为偏振光电探测器,在650 nm 的激光照明下,响应度最高能到 75 A/W,可以实现偏振探测的原理基于材料晶体结构的各项异性。是通过切换极化上下的方向来调控载流子浓度,达到类似栅极的调控,识别偏振光的能力即二向色性,能从 1.74 调到 3,还可以实现线性调控,让极化方向逐渐向上,二向色性从 2.71 升到 3.11;极化方向逐渐向下,二向色性就从 2.54 逐渐降到 2.06,能按需变强或变弱对特定方向偏振光的 “识别度”,让探测器更灵活地适应不同场景的检测需求。 创新点:与传统的偏振光探测器相比能够实现动态调控对不同偏振光的敏感度,与加栅极调控的偏振光探测器相比,无需持续供电,更省电,性能更好。 启发:铁电材料的面外极化切换可以达到类似栅极调控的效果。



文献来源:ACSAppl.Mater. Interfaces2025,17,18592−18600 作者:Tengzhang Liu,¶Xin Huang,*,¶Zhuoxuan Han,Qinghu Bai,Yang Guo,Han Chen,Lin Wang,Cai Luo,Baogang Quan,Haifang Yang,Weiying Zheng,Zhiquan Liu,Baoli Liu,Wugang Liao,*And Changzhi Gu* 发表日期:2025



报告人:胡天赐

文献标题: Nano-Kirigami Metasurface with Giant Nonlinear Optical Circular Dichroism 具备强非线性光学圆二色性的纳米超表面


在线性光学领域,超表面已广泛应用于调控光的偏振、振幅和相位。但在非线性光学过程中,由于其非线性源能够同时调制自身的发射波,故而调控难度较大。因此,设计具有多种光学功能的非线性超表面是非常必要的。文献的研究内容包括设计了一种基于纳米剪纸技术制备的具有C3对称性的金纳米剪纸超表面,其厚度仅为激发波长的三分之一,通过FIB技术精确加工出了三维手性结构。该超表面在右旋圆偏振光激发下,产生强烈的左旋二次谐波;而在左旋圆偏振光激发下,右旋二次谐波信号显著减弱。通过非线性极化计算和相位分析,揭示了对称性相位分布对远场二次谐波增强的贡献机制。其创新点体现在:一、首次将纳米剪纸技术应用于非线性光学超表面,实现了三维手性结构的精确制备;二、实现了宽带、接近1的非线性CD,为非线性光学器件的设计提供了新思路;三、通过相位分布分析,解释了对称性结构对非线性光学响应的增强作用。文章结论为:制备了具有强非线性CD的金纳米剪纸超表面,其非线性CD值高达0.97,且在宽波长范围内表现优异。该超表面通过三维手性结构和对称性相位分布,实现了高效的二次谐波产生和偏振调控。这一研究为非线性光学器件的设计提供了新平台,尤其在纳米尺度光学信息处理领域具有重要应用潜力。启发在于能否利用组内已有三维折叠结构调制二次谐波、增强非线性谐波的产生。



文献来源: Laser Photonics Reviews, 2020, 14, 2000085 作者:Yutao Tang, Zhiguang Liu, Junhong Deng, Kingfai Li, Jiafang Li,* and Guixin Li*



报告人:鲍朋


版权所有 ©  2019- 2021 中国科学院物理研究所 纳米物理与纳米器件实验室 N10 课题组 电话:010 82648197