Nature Communications | 扭曲双层超表面的单向手性发射

用手性极化控制和引导非偏振量子点的光发射到特定方向仍然是现代光子学的一个关键挑战。堆叠的超表面设计为手性和方向性工程提供了一个潜在的紧凑解决方案。然而，量子发射体共振超表面的定向手性辐射的实验观测仍然模糊不清。

近日，新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu、新加坡科技与设计大学Zhaogang Dong、LinWu团队通过实验观察，通过多重维度控制，包括扭曲角度、层间距离和顶层与底层之间的横向位移，通过双偶线对准光刻（DAL）实现了扭曲双层超表面的单向手性发射。首先，保持对准，超表面表现出共振的固有光学手性，圆二色性接近统一，为0.94，反射率差为74%，其中高圆二色性大于0.9，在−11到11度的宽角度范围内持续存在。其次，设计横向位移诱导单向手性共振，导致沉积在超表面上的量子点单向手性发射。该研究的双层超表面提供了一个通用的紧凑平台，可以在宽角度范围内进行有效的辐射操作，在小型化激光器，光栅耦合器和手性纳米天线中有潜在的应用前景。研究成果以题为“Unidirectional Chiral Emission via Twisted Bilayer Metasurfaces”发表于《Nature Communications》上。

图1：扭曲双层超表面辐射方向性和极化图的多维控制。

图2：扭曲双层超表面的设计原理。

图3：在近场和中间耦合状态下工作的扭曲双层超表面。

图4：单向手性发射。

文章信息：

Gromyko, D., An, S., Gorelik, S. et al. Unidirectional Chiral Emission via Twisted Bi-layer Metasurfaces. Nat Commun 15, 9804 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54262-6