清華新聞網(wǎng)12月24日電 近日，清華大學(xué)電子系李越課題組首次在近零介電常數(shù)（Epsilon-near-zero, ENZ）媒質(zhì)中發(fā)現(xiàn)法諾共振現(xiàn)象，提出了一種基于ENZ媒質(zhì)的色散調(diào)控新方法，對微波和光學(xué)器件及其片上集成具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
法諾共振（Fano resonance）是物理學(xué)中的一個(gè)電磁振蕩現(xiàn)象，描述了由離散諧振體與連續(xù)諧振體之間相互作用而引起的非對稱頻譜。幾十年來，法諾共振在光學(xué)、原子物理、凝聚態(tài)物理、量子信息等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛研究，并在光電傳感、納米激光和量子計(jì)算等前沿應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力。
近零介電常數(shù)（ENZ）媒質(zhì)是一類具有特殊電磁特性的材料，其介電常數(shù)接近于零。相關(guān)研究表明，ENZ媒質(zhì)在微型化和形狀可調(diào)的器件中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，為實(shí)現(xiàn)小尺寸、形狀可調(diào)的法諾共振提供了新的平臺。該研究中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，ENZ媒質(zhì)本身具有一種獨(dú)特的弱耦合機(jī)制，與法諾共振中的連續(xù)諧振體高度契合。通過在ENZ媒質(zhì)中集成介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)，研究人員成功地在ENZ連續(xù)諧振體引入離散諧振體，從而觀測到ENZ媒質(zhì)中的法諾共振現(xiàn)象。
圖1.ENZ媒質(zhì)中的法諾共振
與傳統(tǒng)法諾共振器件相比，ENZ媒質(zhì)中的法諾共振具有兩個(gè)顯著特點(diǎn)。首先，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)法諾共振的頻譜是ENZ媒質(zhì)磁導(dǎo)率的函數(shù)，通過調(diào)節(jié)ENZ媒質(zhì)的磁導(dǎo)率可精確控制法諾共振的各種頻譜；其次，ENZ媒質(zhì)能夠在極小尺度和任意形狀情況下引發(fā)法諾共振，突破了傳統(tǒng)法諾共振對器件最小尺寸的限制，使得法諾共振器件的集成化和小型化成為可能。以上現(xiàn)象均得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。基于觀察結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了ENZ媒質(zhì)法諾共振在電磁器件色散控制方面的應(yīng)用潛力，如電磁誘導(dǎo)透明特性的光學(xué)濾波器等。借助ENZ媒質(zhì)的法諾共振效應(yīng)，研究人員能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)法諾共振的色散控制，這一技術(shù)尤其在激光器、全光開關(guān)、光子傳感器以及未來的光子芯片中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
圖2.ENZ媒質(zhì)中法諾共振的磁導(dǎo)率與頻譜關(guān)系
相關(guān)研究成果以“近零介電常數(shù)媒質(zhì)中的法諾共振”（Fano Resonance in Epsilon-Near-Zero Media）為題，于12月19日發(fā)表于《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）。
清華大學(xué)電子系2021級博士生閆雯荻為論文第一作者，副教授李越為論文通訊作者。其他作者還包括清華大學(xué)電子系2018級博士生李昊（已畢業(yè)）、2019級博士生秦緒（已畢業(yè)）、2021級博士生付鵬宇、2023級博士生李佩航和2024級博士生李鎧峰。研究得到清華大學(xué)電子工程系自主科研項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
論文連接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.256402
供稿：電子系
編輯：李華山
審核：郭玲
