Предлагаемые двухдиапазонные BIC в массиве кремниевых двудольных нанодисков. (A) 3D- и (B) схемы вида сверху исследуемого массива кремниевых двухкомпонентных нанодисков, которые можно рассматривать как гибридизацию двух массивов одиночных нанодисков (красный и синий). Элементарная ячейка с квадратной решеткой периода Λ показана красной пунктирной рамкой, содержащей два кремниевых нанодиска диаметром d и толщиной h. Центральный нанодиск смещен по вертикали от начала элементарной ячейки на Δy. (C) и (D) Смоделированные спектры пропускания нулевого порядка (C) как функции Δy или (D) для Δy = 50 нм, показывающие две ветви чрезвычайно узких провалов. Пунктирная линия указывает длину волны RA (0, ± 1) или (± 1, 0). (E) и (F) Распределения электрического поля в ближней зоне (цвет для интенсивности и стрелки для направлений) в плоскости x − y на половине высоты кремниевого нанодиска для резонансных длин волн квази-BIC I и II, как указано провалы в (D). Символы «+» и «-» в (E) указывают на распределение заряда. Кремниевые нанодиски обведены белыми кружками, а элементарная ячейка обведена пунктирной рамкой на (E) и (F). Кредит:Нанофотоника (2022). DOI: 10.1515/nanoph-2022-0427

В метаповерхностях поверхностные решеточные резонансы (SLR) и связанное состояние в континууме (BIC) являются двумя удобными подходами для достижения высоких показателей качества (добротностей).

Исследовательская группа под руководством доктора Ли Гуанъюаня из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук обнаружила, что гибридизация SLR может привести к двухдиапазонным BIC на кремниевых метаповерхностях. Измеренные добротности могут достигать 1240.

Они также показали, что резонансные длины волн и добротности двухдиапазонных квази-БИК можно удобно настраивать, изменяя размер наночастиц или период решетки.

Это исследование было опубликовано в Nanophotonics 1 ноября.

На сегодняшний день большинство BIC с защитой симметрии в периодических наноструктурах основаны на нарушении структурной симметрии наночастиц элементарной ячейки. Известные подходы включают наночастицы асимметричной формы и двудольные наночастицы разных размеров. Чтобы достичь высоких добротностей для квази-БИС, параметр структурной асимметрии должен быть достаточно малым, что создает проблемы для нанопроизводства.

Разница в размерах менее 10% очень сложна, особенно когда диаметр наночастиц составляет всего несколько сотен нанометров. Однако относительное положение наночастиц можно точно контролировать при нанопроизводстве сверху вниз. «Это побудило нас предложить периодические двудольные наночастицы, центральная из которых слегка смещена от центра элементарной ячейки», — сказал доктор Ли.

«К нашему удивлению, электрические дипольные SLR (ED-SLR), поддерживаемые двумя отдельными кремниевыми решетками, полностью нейтрализуют друг друга в двухкомпонентных массивах», — сказал доктор Ли. «Вместо этого мы наблюдали двухдиапазонные BIC из-за гибридизации двух плоскостных электрических квадрупольных SLR (EQ-SLR) и двух внеплоскостных магнитных дипольных SLR (MD-SLR), которые поддерживаются двумя отдельными кремниевыми решетки».

Исследователи также обсудили настраиваемость и потенциальные приложения. Они обнаружили, что возможность настройки SLR путем изменения диаметра кремниевых нанодисков и периода решетки унаследована двухзонными BIC.

«Мы надеемся, что эта концепция поможет подавить внутренние потери и достичь высоких значений добротности для плазмонных метаповерхностей», — сказал доктор Ли.