特別說(shuō)明：本文由學(xué)研匯技術(shù)中心原創(chuàng)撰寫(xiě)，旨在分享相關(guān)科研知識(shí)。因?qū)W識(shí)有限，難免有所疏漏和錯(cuò)誤，請(qǐng)讀者批判性閱讀，也懇請(qǐng)大方之家批評(píng)指正。原創(chuàng)丨彤心未泯（學(xué)研匯 技術(shù)中心）具有自旋角動(dòng)量的光子具有固有的手性是許多現(xiàn)象的基礎(chǔ)，包括非線(xiàn)性光學(xué)、量子光學(xué)以及拓?fù)涔庾拥?。然而，固有手性在自然材料中很弱，最近有理論建議通過(guò)支持連續(xù)介質(zhì)中束縛態(tài)的共振超表面來(lái)擴(kuò)大圓二色性，這大大增強(qiáng)了手性光-物質(zhì)相互作用。這些有見(jiàn)地的工作訴諸于三維復(fù)雜的幾何圖形，對(duì)于光學(xué)頻率來(lái)說(shuō)太具有挑戰(zhàn)性而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，大多數(shù)顯示強(qiáng)圓二色性的實(shí)驗(yàn)嘗試通過(guò)使用斜入射或結(jié)構(gòu)各向異性依賴(lài)于假/外在手性。有鑒于此，新加坡國(guó)立大學(xué)Cheng-Wei Qiu、Shumin Xiao等人報(bào)道了利用共振超表面實(shí)現(xiàn)真/本征手性響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，其中工程傾斜幾何破壞面內(nèi)和面外對(duì)稱(chēng)。本工作的結(jié)果標(biāo)志著在可見(jiàn)頻率下首次觀測(cè)到固有手性束縛態(tài)，其近單位圓二色度為0.93，可見(jiàn)頻率的高質(zhì)量因子超過(guò)2663。該手性超表面可能會(huì)在手性光源和探測(cè)器、手性傳感、谷電子學(xué)和不對(duì)稱(chēng)光催化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作者報(bào)道了基于斜攝動(dòng)超表面的本征手性BICs的光學(xué)實(shí)現(xiàn)。超表面由TiO2薄膜上的傾斜梯形納米孔的方形陣列組成，該薄膜被放置在玻璃基板上并覆蓋PMMA。通過(guò)引入兩種類(lèi)型的擾動(dòng)破壞了所有的鏡像對(duì)稱(chēng)性。作者在文中分析了斜射動(dòng)誘發(fā)固有手性的起源。
對(duì)于不同的準(zhǔn)BICs，計(jì)算了等于∫vOCD dV的不平衡OCD作為傾斜角度的函數(shù)。結(jié)果表明存在一個(gè)最佳傾角，以獲得最大的不平衡OCD，其中遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的圓極化程度最大。作者展示了TM1的動(dòng)量-空間特征極化圖隨幾何擾動(dòng)的演變，所提出的超表面是通過(guò)改進(jìn)的傾斜蝕刻系統(tǒng)制作的。
圖 斜攝動(dòng)超表面的設(shè)計(jì)、制造和表征為了研究C點(diǎn)隨斜角的演化，制備了一系列α固定φ可變的超表面。從透射光譜中反演，C+點(diǎn)和C?點(diǎn)出現(xiàn)的入射角與φ近似成線(xiàn)性關(guān)系，與模擬結(jié)果一致。顯然，實(shí)現(xiàn)手性BICs的關(guān)鍵是協(xié)同調(diào)節(jié)α和φ。為了揭示α和φ之間的這種內(nèi)在聯(lián)系，考察了基于電和磁偶極子的廣義模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬預(yù)測(cè)一致。
圖 實(shí)現(xiàn)手性BICs的幾何擾動(dòng)之間的內(nèi)在聯(lián)系提高手性BICs的q因子的方法是擴(kuò)大超表面尺寸，從而抑制面內(nèi)和面外的泄漏。作者制作了一組不同尺寸的超表面樣品。獲得的最大q因子高達(dá)2663，CD高達(dá)0.93。為了排除結(jié)構(gòu)各向異性的可能影響，測(cè)量了歸一化反射矩陣，結(jié)果表明觀察到的CD信號(hào)歸因于準(zhǔn)BICs固有的手性。
圖 內(nèi)在手性BICs導(dǎo)致巨大的CD和q因子Chen, Y., Deng, H., Sha, X. et al. Observation of intrinsic chiral bound states in the continuum. Nature 613, 474–478 (2023).DOI：10.1038/s41586-022-05467-6https://doi.org/10.1038/s41586-022-05467-6
