杨国伟教授研究组在微-纳光子学材料研究中取得重要进展

        杨国伟教授研究组最近在新型全介质纳米结构研究中取得重要进展,相关成果发表在Nature集团出版的Light: Science & Applications (SCI影响因子13.6)。

        在纳米光子学领域,实现纳米谐振腔与激子之间的有效耦合有着重要的意义。与传统的光子晶体结构相比,等离激元纳米结构(plasmonic nanostructure)能够突破衍射极限,获得有效近场增强。但是,优异的等离激元纳米结构都是基于贵金属如金和银等,可见光区欧姆损耗较大、组装工艺复杂、成本较高。因此,超越贵金属,探索新的材料和结构已经成为目前纳米光子学研究的关键科学问题,而全介质材料(all-dielectric materials)被认为是超越贵金属的新一代纳米光子学材料。高折射率全介质纳米材料的提出带来了实现纳米尺度光捕获的新方法,但是如何实现全介质纳米结构与激子的有效作用还是个未知数。针对这一问题,杨国伟教授研究组的博士生严佳豪首次提出了高折射率全介质纳米结构即硅纳米凹槽可以用于实现与激子的有效耦合,并产生散射暗态。他们将染料J聚集体旋涂在硅纳米凹槽上方,利用硅纳米凹槽所独有的漏磁共振模与激子偶极振子形成有效电磁耦合,从而实现对激子辐射的方向性裁剪。进一步,他们从实验和理论两方面入手,对比了不同全介质纳米结构耦合效应的强弱,并证实了拥有漏磁共振模的硅纳米凹槽能够获得更显著的Fano效应。重要的是,在不依赖近场增强的情况下,这种单方向性的散射“暗态”为产生Fano共振、Rabi劈裂等耦合效应带来了新方法。这些发现揭示了硅纳米凹槽作为一种新型全介质纳米结构与激子的复合光学系统将在今后硅基光子芯片的设计中发挥重要作用。相关成果已经于2017年1月27日发表在Light: Science & Applications 6, e16197 (2017)。

        本研究得到光电材料与技术国家重点实验室的大力资助。

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