Conductivity-driven chirality in geometrically achiral plasmonic nanostructures and metasurfaces
Linköping University（林雪平大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Great Bay University（大湾区大学）
本文提出通过旋转导电张量使几何非手性纳米结构产生可调光学手性，并实验验证了可逆调控，为超表面同时控制手性与波前提供新范式。
2026-10-07 physics.optics
Chiral sensing with achiral anisotropic metasurfaces
最近，我们提出了一种用于手性传感的超颖表面设计，其（i）对于均匀且可访问的区域上的亚波长手性样品，导致增强的手性光学信号超过两个数量级，（ii）允许对总手性的完整测量（实部和虚部的大小和符号），以及（iii）提供了关键信号反转（具有反转偏振的激发）的可能性，其使得能够以绝对方式进行手性测量，即，而不需要移除样品。我们的设计是基于超颖表面的各向异性响应，而不是在大多数当代基于纳米光子的手性传感方法中所产生的近场的超手性。在这里，我们推导分析，并验证数值，简单的公式，提供洞察的传感机制，并解释各向异性超颖表面，一般来说，提供额外的自由度相对于他们的各向同性同行。我们提供了一个详细的讨论，我们提出的设计的关键功能和好处，我们展示了实用的测量方案的明确确定一个未知的手性。最后，我们提供了宽带操作的设计原则-从近红外到近紫外频率-开辟了高灵敏度的纳米级手光学光谱。
2021-03-18 physics.app-ph physics.optics
Routing Valley Excitons in a Monolayer MoS2 with a Metasurface
过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜中激子形成于布里渊区边界的K点和K'点。它们获得谷自由度，这可以用作信息传输和处理的补充平台。在不同的背景下，由可极化内含物的工程阵列组成的超颖表面以前所未有的方式实现了对光的操纵，并在成像，光学信息处理和隐身中找到了应用。在这里，我们证明，通过耦合的二硫化钼单层到一个适当设计的超颖表面组成的不对称的凹槽，谷极化激子可以排序和空间分离，即使在室温下。来自谷激子的发射也在K空间中分离，即，具有相反螺旋度的光子被发射到不同的方向。我们的工作表明，超表面可以促进谷传输，并建立谷电子和光子器件之间的接口，从而解决了谷电子新兴领域的突出挑战。
2018-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Manipulating Topological Valley Modes in Plasmonic Metasurfaces
由等离子体超颖表面支持的光-物质耦合模式可以与拓扑原理相结合，产生光的亚波长拓扑谷态。我们给出了一个系统的介绍，可用于金属纳米粒子晶格的拓扑谷态：所有可能的晶格与六边形对称被认为是，以及出现在一个正方形晶格谷态。几个独特的影响，尚未被探索的等离子体激元被确定，如强大的引导，过滤和分裂模式，以及双波段效应。我们证明了这些通过散射计算的基础上的耦合偶极子方法，包括充分的电磁相互作用之间的纳米粒子。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-optical control of topological valley transport in graphene metasurfaces
我们证明了克尔效应对石墨烯超颖表面中谷-霍尔拓扑输运的影响可以用来实现全光开关。特别地，通过利用石墨烯的大克尔系数，拓扑保护的石墨烯超颖表面的折射率可以经由泵浦光束来调谐，这导致超颖表面的光子带的光学可控频移。这种光谱变化又可以容易地用于控制和切换石墨烯超颖表面的某些波导模式中的光信号的传播。重要的是，我们的理论和计算分析表明，光开关ON/OFF信号所需的阈值泵浦功率强烈依赖于泵浦模式的群速度，特别是当器件在慢光区工作时。这项研究可能会开辟新的途径，主动光子纳米器件的基本功能源于他们的拓扑特征。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interlayer Exciton Valleytronics in Bilayer Heterostructures Interfaced with a Metasurface
最近的建议，使用各向异性的真空过渡金属二硫属化物（TMDC）单层产生谷相干性扩大了潜在的谷自由度的应用在valleytronics。在这项工作中，我们开辟了一个全新的制度，无法与单层TMDC，在相称TMDC双层异质结构的层间激子自发产生的谷相干。利用层间激子在平面内各向异性的电磁真空结合特殊的平面外极化，我们表明，一个更大的区域的布洛赫球可以访问这些异质结构。我们示出了这些激子的可访问的相位给出这个面内各向异性电磁真空。我们对层间激子自发相干性的分析可能为在莫尔异质结构中设计相互作用的量子发射体阵列铺平道路。
2019-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley selective optical control of excitons in 2D semiconductors using Chiral metasurface
凝聚态物理的最新进展表明，具有六边形对称性的2D材料（如石墨烯、h-BN和TMD）中的电子的谷自由度可以被有效地利用，从而导致谷电子学（valleytronics）的新兴领域，其为有效的数据传输、计算和存储提供了独特的机会。将电子的谷自由度与光耦合的能力可以进一步扩展操纵这种自由度的方式，从而设想出一类新的固态光子接口和器件。除了这种通过光波控制谷的扩展之外，光子与谷偏振电子的耦合可以显著地扩展可用的光学响应的景观，这可能会带来光子器件中控制光的新手段。在这项工作中，我们设计了这样的混合固态光子元表面集成二维TMD和光子全介质元表面。而TMD具有谷-偏振耦合的特性，光子超颖表面被设计为产生手征场，手征场选择性地耦合到固态TMD器件的谷自由度。我们的实验表明，这种耦合导致受控谷偏振由于二维材料的手性光子超颖表面的耦合。在这个混合系统中，谷激子的测量发射产生比螺旋度的优先发射。
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Topological valley plasmon transport in bilayer graphene metasurfaces for sensing applications
位于拓扑带隙内的拓扑保护的等离子体激元模正吸引越来越多的关注，主要是由于它们对无序诱导的背散射的鲁棒性。在这里，我们介绍了一种双层石墨烯超颖表面，当超颖表面的镜像对称性通过在相反方向上水平移位两个独立石墨烯层的顶层的孔的晶格而被打破时，该超颖表面具有等离子体拓扑谷界面模式。在这种配置中，沿着双层石墨烯超颖表面的畴壁界面的光传播显示出单向特征。此外，我们已经设计了一个分子传感器的基础上，这种超颖表面的拓扑特性，使用的事实，即费米能的石墨烯化学掺杂时发生变化。这种效应引起了拓扑导模传输的强烈变化，这可以作为气敏器件的基本工作原理。我们的工作开辟了新的途径，开发强大的集成等离子体器件的分子传感。
2020-05-28 physics.optics
Experimental observation of topological exciton-polaritons in transition metal dichalcogenide monolayers
量子科学和技术的兴起促使光子学研究寻求具有强光-物质相互作用的新平台，以促进适度光强度下的量子行为。一个有希望的平台，以达到这种强大的光-物质相互作用的制度是由极化激元元超表面，它代表了人工介质结构上的纳米尺度和设计，以支持极化激元-半光半物质准粒子。拓扑极化激元，或“topolaritons”，提供了一个理想的平台，在这种情况下，具有独特的性质，源于拓扑相位的光与物质强烈耦合。在这里，我们探索极化激元超表面的基础上的二维过渡金属二硫属化物（TMD）支持平面内极化激子共振作为一个有前途的平台拓扑极化激元。我们使自旋霍尔拓扑极化激子相强烈耦合谷极化面内激子在TMD单层适当设计的全介电拓扑光子超颖表面。我们首先表明，拓扑光子带之间的强耦合支持的超颖表面和激子带MoSe 2产生一个有效的相位绕组和过渡到topolaritonic自旋霍尔态。然后，我们在实验上实现了这一现象，并确认存在单向自旋极化边缘拓扑极化激元。结合MoSe 2单层中的谷极化，所提出的系统能够实现一种新的方法来参与TMD中的光子角动量和谷自由度，为谷电子学和自旋电子学的光子/固态界面提供了一个有前途的平台。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dispersion Control of Chiral Exciton-Polariton Transport with Dielectric Metasurfaces
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；National Tsing Hua University（国立清华大学）
该研究利用硅超表面的手性光-物质耦合，实现有机手性激子-极化激元的选择性传输，其不对称因子达0.93，传播距离超50μm，较裸激子提升3个数量级，为自旋选择性极化激元技术奠定基础。
2026-08-12 physics.optics
Topological transitions induced by cavity-mediated interactions in photonic valley-Hall metasurfaces
光的拓扑相位表现出超越传统光子学领域的独特性质。特别地，谷-霍尔拓扑绝缘体已经在各种光子结构中实现，因为它可以通过打破某些晶格对称性而容易地诱导。然而，谷陈数通常是固定的设计和相应的拓扑边缘状态被迫在一个固定的方向上传播。在这里，我们提出了一种机制，诱导拓扑结构的转变，通过意外的狄拉克点在元表面组成的相互作用的偶极发射器/天线。对于一个固定的安排偶极子，我们表明，拓扑相位严重依赖于周围的电磁环境介导的偶极-偶极相互作用。为了访问不同的拓扑相位，我们将超表面嵌入腔波导内，其中可以通过减小腔宽度将主导偶极耦合从短程库仑相互作用调谐到长程光子介导的相互作用;这导致拓扑转变，其特征在于valley-Chern数的反转。因此，我们表明，可以切换的手征性的拓扑边缘状态，通过修改只有电磁环境中的偶极子被嵌入。这种机制可能对其他拓扑相，如光子高阶拓扑绝缘体有重要的影响。
2020-10-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Monoclinic nonlinear metasurfaces for resonant engineering of polarization states
本文提出采用单斜晶格手性超表面与非手性超原子，在线性和非线性区域通过三次谐波共振实现线偏振光到椭圆偏振光的转换，并揭示输入偏振角与晶格手性响应对转换的关键作用。
2025-03-28 physics.optics
Second-harmonic imaging of plasmonic Pancharatnam-Berry phase metasurfaces coupled to monolayers of WS2
频率转换的非线性过程，如二次谐波产生（SHG），通常遵循一定的选择规则，这是由于保持不同种类的物理量，例如，角动量对于由单层过渡金属二硫属化物（TMDC）如WS 2产生的SHG，谷激子锁定选择规则预测了交叉偏振态的SHG信号。通过将等离子体纳米结构与TMDC单层相结合，实现了由于额外的偏振转换过程而影响该非线性过程的混合超颖表面。在这里，我们观察到，等离子体超颖表面修改与TMDC的光-物质相互作用，导致相对于入射场共偏振的SHG信号，这通常是禁止的TMDC单层。我们通过将等离子体纳米棒放置在单层WS 2的顶部来制造这样的混合超颖表面，并研究了这种系统在不同参数（例如波长和偏振）下的谷激子锁定SHG发射。此外，我们显示了潜在的混合元表面定制的非线性过程中添加额外的相位信息的SHG信号使用Pancharatnam-Berry相位效应。这允许将SHG发射直接定制到远场。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Room-temperature valley-selective emission in Si-MoSe2 heterostructures enabled by high-quality-factor chiroptical cavities
本研究通过高Q因子手性光学腔在室温下实现MoSe2单层谷选择性发光，显著提升圆极化度，推动紧凑型手性光源发展。
2025-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoinduced giant modulation of terahertz nonlinearity from metasurfaces
通过光调控半导体超材料的谷自由度，实现太赫兹非线性调制，达到超大调制深度，为超快太赫兹信号处理和全光计算提供新方法。
2025-11-27 physics.optics
Intrinsic chirality of dielectric metasurfaces unlocked by resonant chiral modes
Australian National University（澳大利亚国立大学）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Istanbul University（伊斯坦布尔大学）
研究通过实验验证双层超材料中共振手性模式实现强手性响应，揭示了手性光子模式与层间耦合的机制，为紧凑型平面光子元器件设计提供新平台。
2026-05-12 physics.optics
Circular dichroism induction in WS2 by a chiral plasmonic metasurface
本文研究单层WS2与手性等离激元超表面的相互作用，利用表面等离激元极化子激发在TMD中诱导圆二色性，并发现其他导波模式，为TMD器件探索提供新途径。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear chiral light generation from resonant metasurfaces
本研究提出一种通用机制，通过共振超表面实现非线性手性光的产生与调控，实验上实现了DNC从-0.86到0.94的连续调谐及3.2飞秒的超快切换，显著提升了手性调控灵敏度。
2025-09-08 physics.optics
Valley-Selective Response of Nanoantennas Coupled to 2D Transition Metal Dichalcogenides
单层（1 L）过渡金属二硫属化物（TMDC）由于其强激子共振和谷选择性响应而在许多光电应用中具有吸引力的材料。1 L-TMDC中的谷激子形成在布里渊区边界的相对点处，产生谷自由度，其可以被视为赝自旋并且可以用作信息传输和处理的平台。然而，在室温下短的谷去极化时间和相对短的激子寿命阻止在片上集成谷器件中使用谷赝自旋。最近已经证明了如何将这些材料耦合到光学纳米天线和超颖表面可以克服这一障碍。在这里，我们回顾了最先进的进展谷选择性定向发射和激子分选在1 L-TMDC介导的纳米结构和纳米天线。我们简要地讨论了1 L-TMDCs的光学性质，特别关注它们的光致发光/吸收光谱、谷去极化动力学和谷霍尔效应。然后，我们回顾了最近的工作纳米结构的谷选择性定向发射从1 L-TMDCs。
2018-05-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Integration of 2D Materials in Radial van der Waals Heterostructure Metasurfaces
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Universidade Federal de Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；IFN-CNR, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie（意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
本研究通过集成hBN与WS₂单层，实现了具有动量空间结构的混合光子-激子态，展示了高Q因子共振和鲁棒的激子-光子耦合。
2025-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robust Circularly Polarized Luminescence via Quasi-Bound States in the Continuum in Intrinsic Chiral Silicon Metasurfaces
本研究利用本征手性硅超表面的准BICs和SLRs从非手性染料实现圆偏振发光，发现准BIC模式的$g_\rm{PL}$对角度和厚度变化稳健，为手性光-物质相互作用研究及圆偏振发光器件设计提供支持。
2025-08-26 physics.optics
Unlocking the out-of-plane dimension for photonic bound states in the continuum to achieve maximum optical chirality
实现具有真手性的无损超颖表面至关重要地需要制造三维结构，这限制了它们的实验可行性并阻碍了实际实现。尽管先前已经证明了金属纳米结构的三维组装，但是所产生的等离子体共振遭受高的固有和辐射损失。光子束缚态的概念在连续（BIC）是有助于定制辐射损失在不同的几何形状，特别是当使用无损的双折射实现，但应用程序迄今为止已被限制到平面和固有的非手性结构。在这里，我们介绍了一种新的纳米纤维的方法来解锁一般平坦的全介电超颖表面的高度作为一个可访问的参数，有效的谐振和功能控制。特别是，我们实现了准BIC超颖表面的面外对称性破缺，并利用这种设计自由度来首次展示具有最大固有手性的光学全介电准BIC超颖表面，该光学全介电准BIC超颖表面根据结构手性选择性地响应特定圆偏振的光。我们的实验结果不仅为全介质BIC和手性纳米光子学开辟了一个新的范例，而且还有望在实现有效产生光学角动量，全息超颖表面和宇称时间破缺光学系统方面取得进展。
2022-10-11 physics.optics
Chiral Nonlinear Polaritonics with van der Waals Metasurfaces
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Universidade Federal de Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；Monash University（莫纳什大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Shubnikov Institute of Crystallography, National Research Centre "Kurchatov Institute"（库尔恰托夫国家研究中心舒比尼科夫晶体学研究所）；National University of Science and Technology ‘MISIS’（国立科技大学 MISIS）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文提出了一种手性过渡金属二硫化物超材料，通过打破垂直对称性实现极子的定向形成，展示了非线性极子驱动的非互易光子器件和谷电子学的应用前景。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Planar narrow-band-pass filter based on Si resonant metasurface
光学谐振介电超颖表面提供了独特的能力，可以基于不同的电磁Mie多极共振的激发和干涉来完全控制光的波前、偏振、强度或光谱内容。近年来，随着纳米材料和纳米技术的广泛应用，高质量的功能光学超颖表面的研究领域出现了一股热潮，这种超颖表面可以替代甚至超越传统的超薄光学元件。超颖表面技术取代传统的光学滤波元件具有集成成本低、结构超薄紧凑、易于多功能组合和对材料限制少等显著优点。在这里，我们提出并实验证明了一个平面窄带通滤波器的基础上组成的硅纳米谐振器阵列的光学介质元表面。通过将相邻的电偶极共振和磁偶极共振相结合，实现了宽带透射谱谷（约200 nm）。同时，我们通过激发高质量的漏模来获得窄带透射峰，该漏模是由超颖表面中的集体纵向磁偶极共振产生的连续谱中的束缚态部分断裂而形成的。我们提出的基于超颖表面的滤波器对于小角度（10度以内）的斜光入射表现出稳定的性能。我们的工作暗示了纳米光子器件在显示、光谱等方面的潜在应用。
2021-01-05 physics.optics
Tailoring dispersion of room temperature exciton-polaritons with perovskite-based subwavelength metasurfaces
激子-极化激元是由绝缘体或半导体中的激子和光子之间的强耦合机制产生的基元激发，代表了研究光的量子流体和实现有前景的全光学器件的有希望的平台。在用于室温极化激子器件的不同材料中，二维（2D）层状钙钛矿最近因其在室温下突出的激子特性而成为有希望的候选材料之一。在这里，我们报告的激子极化激元在室温下的共振超颖表面从亚波长的2D晶格的钙钛矿柱的实验演示。这些超颖表面通过旋涂获得，然后在预图案化的玻璃骨架中结晶钙钛矿溶液。强耦合制度揭示的角度分辨反射率和光致发光测量，显示anticrossing光子模式和激子共振与拉比分裂在200毫电子伏的范围内。此外，我们表明，极化激子色散可以通过定制的光子布洛赫模式耦合到钙钛矿激子。线性，抛物线，和多谷极化激元色散实验证明。我们所有的结果都完美地再现了基于严格的耦合波分析和辐射-物质相互作用的量子理论的基础上的基本模型的数值模拟。我们的研究结果提出了一种新的方法来研究激子极化激元，并铺平了道路，在室温下运行的大规模和低成本的集成极化激元器件。
2020-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Conservation of Pseudoangular Momentum in the Radiative Emission and Optical Excitation of Valley-Polarized Surface Lattice Resonances
University of Washington（华盛顿大学）
本文研究谷极化表面晶格共振的赝角动量守恒，建立其与局域表面等离子体角动量的关联，提出匹配的结构化光场实现选择性耦合，为纳米光子控制等提供新机遇。
2026-08-25 physics.app-ph physics.optics
Magneto-optical chirality in a coherently coupled exciton-plasmon system
手性是一种基本的不对称现象，手性光学元件在反射或吸收圆偏振光时表现出不对称响应。这些元素的最新实现包括具有打破镜面对称性和称为圆二色性的偏振对比光学吸收的纳米等离子体系统。圆二色性的另一种途径是原子级薄半导体中的自旋谷极化激子。在存在磁场的情况下，它们表现出与圆偏振光子的不平衡耦合，从而表现出圆二色性。在这里，我们证明了与单层WSe $_2$中激子相关的偏振对比光学跃迁可以通过相干耦合转移到近端等离子体纳米盘。耦合激子等离子体激元系统表现出磁致圆二色性的光谱窄窗口的Fano干涉，我们在一个主方程框架模型。我们的工作激励激子-等离子体激元界面作为手性超颖表面的构建块，用于信息处理，非线性光学和传感。
2023-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Intrinsically chiral exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor
本研究在原子薄半导体中实现固有手性激子极子，通过手性 BIC 引导光子与谷激子强耦合，实现自旋极化控制和能量弛豫动态。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced Light-Matter Interaction in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC）材料，例如MoS2、WS2、MoSe2和WSe2，由于其非凡的物理性质，在过去十年中受到广泛关注。这些独特的性质使其成为各种电子、光子和光电子器件的理想材料。然而，由于它们原子级薄的形状因子，它们的性能受到相对较弱的光-物质相互作用的限制。共振纳米光子结构提供了一种可行的方法来解决这个问题，并增强2D TMDC中的光-物质相互作用。在这里，我们提供了这个研究领域的概述，展示相关的应用，包括奇异的光发射，吸收和散射功能。首先介绍了1L-TMDC中激子的概念和腔增强发光的基本理论，然后讨论了腔增强发光、强耦合和谷电子学的最新进展。1L-TMDC的原子薄性质使得能够通过多种方式来调节其电学和光学性质。因此，我们继续通过审查的进展，TMDC为基础的可调光子器件。接下来，我们调查的最新进展，增强光吸收在窄和宽的带宽使用1L或少层TMDC，和它们的应用程序的光电转换器和光电探测器。我们还回顾了工程光散射的最新努力，例如，诱导Fano共振，通过集成共振结构（例如等离子体/Mie共振超颖表面）或直接图案化单层/少层TMDC在1L或少层TMDC中进行波前工程。然后，我们概述了不同类型的范德华异质结构的有趣的物理特性，以及它们在光电和光子器件中的应用。最后，我们得出我们的意见，在这个快速发展的研究领域的潜在机遇和挑战。
2021-03-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
