基于9重对称生物启发纳米级原子环设计的高效频率选择性单光子天线

受限阵列中的量子发射体表现出依赖于几何结构的集体动力学。特别是，纳米尺度的正多边形阵列可拥有亚辐射态，其激子寿命随发射体数量呈指数增长。我们表明，通过在环中心放置一个额外的共振吸收偶极子，此类结构可成为具有可调频率的高效单光子吸收体。有趣的是，对于正九边形中恰好九个发射体（如常见生物光捕获复合体 LHC2 中所出现），我们发现其最暗态衰减率存在明显最小值，且有效吸收截面达到最大，超过单个吸收发射体。九个发射体这一最优值可几何地追溯至如下事实：单个环上发射体到所有其他发射体（含中心环）的耦合强度之和，与中心到所有环上发射体的耦合强度近乎匹配。涌现的暗集体本征态以中心占据为主，从而促进高效能量吸收与快速输运。共振频率可通过环尺寸与偶极极化进行调谐。类比于抛物面天线，该环将入射辐射集中于中心而自身不被显著激发，从而最小化输运损耗与时间。