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首页>> news>> 2025年10月组内文献阅读汇报



文献标题: Synthetic Topological Nodal Phase in Bilayer Resonant Gratings 双层共振光栅中的合成拓扑节点相


研究内容:本文提出了基于双层一维光子晶体的合成拓扑节点相的方法,通过调节上下两层光子晶体的层间横向位移间接调控狄拉克方程中的等效质量项。在一维光栅系统中实现了等效的拓扑能带结构,进一步通过有限元数值计算,展示了复能带结构、Berry相演化、拓扑边缘模及其在远场辐射谱中的体现,最终实验上验证了等离激元中光学Jackiw–Rebbi态的存在。创新点:一是将层间平移视为狄拉克方程中的等效质量项,在一维光栅中实现了等效二维拓扑节点相,为低维光学系统探索高维拓扑物理提供了新思路。二是通过引入辐射损耗项 iγ,构建了包含非厄米性的光学导模共振哈密顿量,揭示了复Berry相位量化的拓扑不变量机制。三是层间位移不仅控制拓扑相变,还能调节辐射损耗与连续域束缚态之间的转变,同时实现拓扑保护与高Q因子的光子晶体。结论: 本文在双层共振光栅中引入层间位移作为狄拉克方程中的等效质量项,实现了二维拓扑节点相。揭示该体系在特定层间位移下能够形成Dirac交叉能带,并在通过拼接两个不同拓扑相的光子晶体实现光学Jackiw–Rebbi态。通过复Berry相位量化和远场共振谱验证了拓扑性质,为低维结构中实现高维拓扑光学效应提供了新途径。启发: 该思想可推广至二维甚至三维光子晶体,通过调制周期或相位实现更高维拓扑效应。并且借助拓扑参数调控辐射Q因子,可在传感、滤波及高品质共振器中实现高选择性与高稳定性光场控制方式。



文献来源: Physical Review Letters, 128, 053002 (2022) 作者:Ki Young Lee, Kwang Wook Yoo, Sangmo Cheon, Won-Jae Joo, Jae Woong Yoon, Seok Ho Song



报告人:赵健


文献标题: Plasmonic Surface Lattice Resonances: A Review of Properties and Applications 等离子体表面晶格共振:特性和应用综述


本文的研究背景介绍了等离子体表面晶格共振是一种由金属纳米颗粒有序排列形成的光学现象,其核心在于通过衍射耦合将局域表面等离子体共振联系起来,从而实现显著的共振窄化,甚至可以将共振宽度降低到1−2 nm,相较于典型的单个纳米颗粒共振线宽(>80 nm)有了巨大的提升。这种现象不仅在基础物理研究中具有重要意义,而且在生物传感、光通信、光电子学、光伏技术、数据存储等领域展现出了巨大的应用潜力。在研究内容上,本文全面回顾了SLRs的物理原理、特性以及在不同实验架构中的激发条件。研究内容涵盖了SLRs的宽度和品质因数(Q值)、光相位的奇异性、电场增强等多个方面。特别关注了在不同实验条件下SLRs的激发,包括入射光的面内和面外极化、对称和非对称光学环境(折射率环境)、基底导电性以及活性或磁性介质的存在。创新点是揭示了SLRs共振窄化的物理机制,即通过调整阵列周期和纳米颗粒的尺寸,可以显著提高共振的品质因数(Q值),这对于提高等离子体器件的性能具有重要意义。本文的结论是SLRs作为一种新型的光学现象,通过衍射耦合实现了显著的共振窄化,具有高Q值和强电场增强等特性。启发是理解了SLRs的产生机理,以及相关的调控手段,表面晶格共振将衍射耦合和局域表面等离子体共振联系起来,为后续拓扑等离激元的实现提供了理论指导。

文献来源: CHEMICAL REVIEWS Chem.Rev.2018,118,5912−5951 作者:V.G.Kravets,† A.V. Kabashin,‡,§ W.L. Barnes,*,∥ and A.N. Grigorenko*,† 发表日期: JUNE 2018



报告人:喻志翔

文章标题:Formation of Bound States in the Continuum in Hybrid Plasmonic-Photonic Systems《混合等离子体 - 光子系统中连续域束缚态的形成》


文章概述:连续域束缚态是开放结构的局域态,虽可接入辐射通道,但仍能高度局域化,理论上具有无限寿命和品质因子。此前已有多种无损耗介质系统中实现此类特殊态的研究,但在等离子体等有损系统中实现BIC仍具挑战。本文探究了在混合等离子体-光子结构中实现BIC的可能性。该等离子体-光子系统支持两类截然不同的BIC:Γ点处的对称保护型BIC和非Γ点的Friedrich-Wintgen BIC。光子波导模式与光栅中的间隙等离子体强耦合,产生避免交叉行为,且拉比分裂值高达150 meV。文章的研究内容:设计由银浮雕光栅与二氧化硅介质波导耦合组成的混合结构,通过模式强耦合消除等离子体结构的辐射损耗;验证该系统支持的两类BIC的存在条件、位置及特性;分析强耦合引发的拉比分裂、模式杂化、避免交叉等现象;探究波导层厚度对系统能带图、BIC数量及慢光特性的影响;计算不同BIC附近的Q因子,验证光局域化效果及辐射抑制能力。文章的实验原理:①通过银浮雕光栅与SiO₂介质波导耦合,利用光栅提供额外动量,使等离子体模式与光子模式满足光谱重叠条件,实现强耦合。②利用对称性不兼容和共振相消干涉两种机制,消除辐射损耗,形成BIC。文章的结论:成功在有损等离子体系统中实现BIC,通过等离子体与光子模式的强耦合和共振相消干涉,有效抑制辐射损耗;系统具有优异特性:大拉比分裂、高Q因子、宽角慢光、、带隙可通过波导厚度调控;该混合结构在低阈值激光器、高分辨率光谱滤波器、非线性效应增强及传感器等领域具有潜在应用价值。文章的优点:①近BIC态光局域化强,辐射损耗极小,Q因子仅受金属本征损耗限制,利于增强光 - 物质相互作用。②近BIC态可在连续参数区间内实现,对制备误差和结构缺陷具有耐受性。③通过调整结构参数可调控BIC位置、数量及慢光波段,适配不同应用需求。



文献来源:PHYSICAL REVIEW LETTERS 121, 253901 (2018) 文章作者:Shaimaa I. Azzam,* Vladimir M. Shalaev,† Alexandra Boltasseva. et al.



报告人:丁玺铮

文献标题:Optical Bound States in the Continuum Enabled by Magnetic Resonances Coupled to a Mirror 通过耦合镜面的磁偶极子共振实现连续域中的光学束缚态


由高折射率、低光学损耗材料制成的介电超表面,是实现高Q因子的重要平台,对比金属材料有损耗小易加工等优点。同时,准BIC具有窄峰共振的能力,特点是具有极大的Q因子,二者相结合可实现很多新奇的光学现象。但是目前实现准BIC往往需要设计不对称几何结构,且器件通常具有较强的偏振依赖性,这不仅导致器件制造过程复杂,还限制了其在更多实际场景中的应用,因此研究一种灵活的,不需要打破结构对称性就能实现准BIC的超表面十分具有必要。研究内容:该论文的超表面无需传统的打破结构对称性,超表面共有三层结构,顶层为Si柱阵列,中间为SiO₂隔离层,底层为金基底,作为反射镜面。具体原理是Si柱的磁偶极共振与金基地的镜像发生耦合,形成等效的双共振器系统,当耦合相位差为2π,或整数倍时,辐射衰减率趋近于零,形成准BIC。简单的,只要通过改变SiO₂隔离层厚度或Si柱直径,就可以调节耦合相位差,控制Q因子大小。1、与未图案化Si膜相比,该超表面的THG增强因子达5×10⁷;在峰值泵浦强度0.4GW/cm²下,THG绝对转换效率为1.8×10⁻⁶。2、由于超表面几何对称,THG对入射光偏振不敏感,正交偏振下THG强度无显著差异,45°偏振时仍保持最大强度的40%。创新点:无需打破结构对称性,通过磁偶极子共振和镜面耦合就能构建高Q准BIC。启发:将Si替换为具有高二阶非线性极化率的材料,可直接实现二次谐波产生等二阶非线性过程,灵活性高。



文献来源:Nano Lett. 2022, 22, 2001−2008.作者:Guoce Yang, Sukrith U. Dev, Monica S. Allen, Jeffery W. Allen, and Hayk Harutyunyan*



报告人:林荣培

文献标题:Symmetry-breaking-induced plasmonic exceptional points and nanoscale sensing 对称破缺诱导的等离激元光子学异常点与纳米尺度传感


背景:非厄米系统中的EP奇点因其特有的模态简并与平方根响应特性而在光学传感中具有超高灵敏度。然而,以往EP研究多局限于介质波导或微腔等衍射尺度系统,难以在亚波长尺度的等离激元光子体系中实现。如何在纳米尺度上同时调控辐射与吸收损耗,从而实现非厄米奇点,一直是实验难题。创新思路:作者提出一种基于空间对称性破缺的等离激元光子多层结构,通过耦合两个具有失谐的金纳米棒阵列,利用近场库仑耦合——由横向位移dx调控与远场辐射干涉——由周期Py调控的竞争,实现耦合率达到临界值时的本征频率与损耗同时简并,即等离激元光子EP。该方法避免了增益介质的引入,仅通过几何参数即可精确实现非厄米奇点。实验验证:研究团队利用双层电子束曝光与对准技术制备样品,并通过傅里叶变换红外光谱与宽带干涉仪同步测量振幅和相位,明确观察到随dx变化的模态交叉与避免交叉,证实EP存在。进一步,他们将该结构用于免疫球蛋白G的检测,发现EP传感器在低浓度下的响应分裂符合平方根规律,比普通DP传感器具有更高灵敏。启发:该工作首次在室温下实现等离激元光子EP,为探索纳米尺度非厄米拓扑光学提供了实验范例。其利用几何对称性破缺调控EP的思路,为构建新型高灵敏纳米传感器、拓扑光电子器件与极限成像系统开辟了新途径。



文献来源:Nat. Phys. 16, 462–468 (2020). 作者:Jun-Hee Park, Abdoulaye Ndao, Wei Cai, Liyi Hsu, Ashok Kodigala, Thomas Lepetit, Yu-Hwa Lo & Boubacar Kanté



报告人:方伟康

文献标题:High-performance broadband WO3-x / Bi2O2Se photodetectors based on plasmon-induced hot-electron injection 《基于等离子体诱导热电子的注入高性能宽带WO3-x / Bi2O2Se光电探测器》


本文通过将Bi2O2Se薄膜与WO3-x颗粒产生的局域表面等离激元结合,增强Bi2O2Se光电探测器的性能,WO3-x颗粒的作用有两个,一是产生局域表面等离激元,增强Bi2O2Se薄膜的吸收,进而提高响应度等光电探测器性能制备。二是形成热电子注入,局域表面等离激元的非辐射衰减,将能量转移至部分电子,称为“热电子”,当热电子的能量高于界面势垒,就有可能越过肖特基势垒注入到Bi2O2Se的导带中,实现超快速的光电探测与高的响应度,热电子注入形成的电流,其速度在飞秒级,在超快速的开关光源时,光生载流子的复合或扩散变为次要的,光电探测器的上升时间为255 ns,下降时间为37.9 us,下降时间受到光生载流子的扩散、复合而延长。随后,通过拟合福勒函数,定量的研究热电子注入对光电流的贡献。 创新点:将Bi2O2Se薄膜与WO3-x颗粒结合,产生表面等离激元来优化探测器的性能,证实了等离激元增强与界面能带调控对性能提升的关键作用。。 启发:通过超表面结构设计,可增强二维材料的吸收,此外,利用热电子注入实现高速与高灵敏度的光电响应。



文献来源:Appl. Phys. Lett. 121, 061103 (2022) 作者:Xinlei Zhang; Yuanfang Yu; Yueying Cui; Fang Yang; Wenhui Wang; Lin Liu; Junpeng Lu*; Zhenhua Ni* 发表日期:2022 报告人:胡天赐



报告人:胡天赐

文献标题: Nanoimprinting Pattern on Responsive Microwrinkles for Dynamic Optical Diffraction and Reflection


图案化表面光学器件在近眼显示与光学系统中扮演着关键角色,然而现有技术大多局限于静态结构,无法满足实时可调的光学需求。表面皱纹作为一种普遍存在的生物现象,因机械不稳定性引发的压缩应力而形成,其拓扑构型能够在平面与屈曲状态之间动态转变,赋予材料对外界刺激的快速响应能力。然而,当前皱纹结构体系多数仍停留在微米级分辨率,难以实现纳米级有序皱纹结构的精准构筑,极大限制了其在高端光学系统中的适用性。文献的研究内容包括:采用混合制造策略,首先通过热纳米压印技术在MHan@G复合膜表面制备出特征尺寸从3 μm至70 nm的有序纳米阵列,随后通过紫外梯度交联与边界约束引导,诱发自组装皱纹的形成,从而实现跨尺度结构的动态调控。实验通过激光共聚焦显微镜与扫描电镜系统监测了薄膜在近红外光照下皱纹形貌的实时变化,并结合结构色与衍射图谱分析,明确了结构 光学性能之间的内在关联。在近红外光开启状态下,光热效应促使皱纹被展平,此时光学响应由纳米阵列主导;而当近红外光关闭后,皱纹重新恢复,伴随多级衍射斑点的重现,实现了可逆调控。其创新点体现在:首创地将自上而下的纳米压印与自下而上的自皱褶生长相结合,构建出兼具纳米精度与动态响应能力的微纳复合平台;通过分子工程设计,将阳离子 π相互作用与光热转换性能有机结合,实现了对光学衍射行为的非接触式精准操控;通过光热 力学耦合机制,实现了皱纹形貌与光学性能的多周期可逆切换;利用边界约束与曝光调控,实现了皱纹空间分布的程序化编排。启发在于可将褶皱引入传统三维折叠体系,能否根据文献工艺优化三维折叠超表面,制备出动态、可调、具备优异光学性能的三维折叠超表面。



文献来源: ACS Nano 2025, 19, 33510−33522 作者:Ruoyu Xu, Tianjiao Ma, Jin Li,* Shilong Dong, Shuai Zhou, Wenqiang Yuan, Shuzhen Yan, Ying Quan, Mengda Xu, Kexing Li, Jie Qian, and Xuesong Jiang*



报告人:鲍朋


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