光學非輻射態領域研究獲重要進展

在國家自然科學基金等項目資助下，暨南大學陳凱研究員團隊在光學非輻射態（Anapole態）領域研究取得重要進展。相關研究發表于Small，并被選為內封底論文。馬楚榮講師為該論文第一作者，陳凱研究員為通訊作者，該工作還得到了李向平研究員和關柏鷗教授的大力支持。

在過去的十年中，低損耗的全介質納米結構已經成為納米尺度光操控的重要平臺。其中，高折射率全介質納米盤可以激發出光學Anapole態，展現出獨一無二的近場分布以及零遠場散射特性。作為一種非輻射態，它可以顯著增強非線性光學效應和光熱效應等，提供了新穎的調控光-物質相互作用的手段。然而，這種分布在結構內部的Anapole態的局域場增強較弱，且它的產生并不能通過激發偏振加以控制，因此限制了它的應用。

研究人員在全介質納米盤低聚體中發現了一種具有偏振激發特性的新型Anapole態，而且它的局域場增強不僅僅局限在結構內部。他們利用聚苯乙烯微球自組裝技術與物理氣相沉積鍍膜工藝相互結合的方法，制備得到了大量的Si納米盤單體及低聚體結構。在單個納米盤中，電偶極子和環形偶極子的相消干涉導致了在特定波長處的本征Anapole態（AE1）。由于盤的圓對稱性，它的產生不依賴于激發偏振，近場增強也局域在納米盤內部。而在納米盤二聚體中，當入射光電場方向沿垂直于長軸方向激發時，其散射光譜長波處還存在一種新型的非輻射態（AE0），即非本征態。

理論研究表明，兩個納米盤耦合后的環形偶極子在光譜上得到充分的展寬，與耦合后的電偶極子在長波處發生部分重疊。此外，它們的相位相差π，因此，這兩者之間的相消干涉導致了非本征Anapole態的形成。與本征態不同的是，非本征態的增強電場遍布整個二聚體及其周圍。

當入射光電場方向沿二聚體長軸方向激發時，散射光譜中只能觀察到本征態。有趣的是，隨著第三個盤的加入，非本征Anapole態的偏振激發特性消失。盡管不同偏振激發下的Si納米盤三聚體的散射光譜幾乎沒有區別，它們的局域場分布卻有很大的差異。

新型Anapole態的產生可以顯著增強Si納米盤低聚體寬光譜光致發光效率，通過匹配飛秒激光激發波長與非本征Anapole態，Si納米盤二聚體及三聚體由于雙光子吸收誘導的白光發射強度遠超單個納米盤，這主要源于光吸收的增強以及載流子注入的提升。