利用双梯度超表面进行连续光谱与耦合强度编码

增强和控制光与物质的相互作用在纳米技术和材料科学中至关重要，推动了绿色能源、激光技术和量子密码学的研究。增强光物质耦合的核心在于两个参数：光学腔模式与材料光谱特征（例如激子或分子吸收线）之间的光谱重叠，以及腔的品质因数。同时控制这两个参数至关重要，特别是在需要大量数据以揭示众多复杂效应的系统中。然而，迄今为止，光子学方法仅侧重于在该二维参数空间内采样有限的数据点集。在此，我们提出一种纳米光子学方法，能够在紧凑的空间区域内同时且连续地编码光物质相互作用的光谱与品质因数参数空间。我们新颖的双梯度超表面设计由平滑变化的亚波长纳米谐振器二维阵列组成，每个谐振器支持一个独特的模式。这使得在一个阵列中产生 27,500 个不同的模式，且谐振密度接近超表面的理论上限。通过将我们的双梯度设计应用于表面增强分子传感，我们证明了耦合裁剪的重要性，并揭示了光谱数据中基于耦合的额外维度。我们的超表面设计为通用的光物质耦合超表面铺平了道路，将推动光催化、化学传感和纠缠光子生成领域的进步。