近日，微电子学院宽禁带半导体重点学科实验室刘艳教授团队，在高水平光学类期刊《光电进展》（Opto-Electronic Advances，OEA）上发表了题为“High-Q Resonances Governed by the Quasi-Bound States in the Continuum in All-Dielectric Metasurfaces”（全电介质超表面中准连续域束缚态主导的高品质因子谐振）的最新研究成果。该篇论文发表在Opto-Electronic Advances 2021年第六期，并被选为封面文章突出介绍。
由于在光学技术方面的创新设计，该研究成果被美国科学促进会（AAAS，全球著名综合性科学杂志《Science》的主办和出版方）旗下的全球互联网新闻www.eurekalert.org，美国世界科技研究新闻资讯网http://phys.org，阿尔法伽利略网www.alphagalileo.org，等多个国际知名科技网站以“Generation and application of the high-Q resonance in all-dielectric metasurfaces”为题进行了报道。
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研究背景：
作为一种亚波长尺度单元宏观排列形成的人工复合电磁结构，超材料（Metamaterials）由于其对电磁波高效灵活调控的能力，成为了光电子、物理、化学、材料等学科共同关注的热点领域，相关研究曾两次上榜《科学》杂志年度十大科技突破。全电介质超表面作为一种特殊的准二维超材料，以其高效率和低损耗的特性而备受关注。然而，基于传统光学材料（如硅等）制成的谐振单元只能支持品质因子（Q）相对较低的光学谐振，大大限制了全电介质超表面在发光、感应和光学非线性等方向的应用。光学连续域束缚态（Bound states in the continuum，BIC）现象的出现可以有效地解决这一问题。它最早出现于量子力学的研究中，描述了能量位于辐射连续域内的能量状态也可以在发生相消干涉时被局域而不向外辐射能量。借助于BIC现象的设计理念，在硅基超表面结构也能够实现高Q且可调控的谐振，对于推广电介质超表面的应用具有重要意义。
研究亮点：
西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室刘艳教授团队和西北工业大学陕西省光信息技术重点实验室甘雪涛教授团队针对硅基纳米结构难以实现高Q谐振的缺点，利用BIC机制原理，设计并制备了能够实现高Q谐振的硅基超表面。该工作通过破坏周期结构中的方形单元结构，将理想的对称保护型BIC转换成非理想的“泄露”模式，从而实现高Q谐振。同时利用该模式的特性，调整引入缺陷的大小来控制谐振Q值的变化。最重要的是，通过改变设计方案（正方形单元与长方形单元），缺陷大小对于谐振Q值的调制能力也能够相应改变。同时，也对于该设计方案进行了非线性相关应用方面的表征。得益于准BIC的强电磁场局域能力，结构在谐振处的三次谐波产生（THG）可以提高两个数量级以上，极大的促进了微纳结构中非线性效应的产生。该工作有利于推广续域束缚态在超表面中的应用，并进一步推动超表面在相关领域方向的发展。
团队简介：
刘艳教授团队长期从事新型半导体功能器件方面的研究，在微纳光子器件、后摩尔微电子新器件以及光电融合和集成方面进行了大量开拓性研究。现承担国家自然科学基金重大研究计划项目和重大项目、科技部重点研发项目等多项研究项目。近五年内在相关领域主流期刊上发表论文100多篇，申请专利20多项。此次在全电介质超表面的设计开发方面取得了重要研究突破，论文发表在Opto-Electronic Advances（影响因子：9.636）等高影响力的国际顶级学术期刊上。
论文信息：
http://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2021.200030
