范德华异质结构超表面中的激子连续域束缚态
介观与纳米尺度物理
2025-08-26 v2 光学
摘要
我们研究了由二维激子范德华层与光学共振图案化范德华薄膜组成的范德华异质结构中激子连续域束缚态的形成。我们表明，激子的辐射损耗可以被完全抑制——并非通过全内反射、Bragg镜或金属层等常规方法——而是通过激子向超表面不同光学模式的发射率的相消干涉来实现。我们将激子BIC的一般条件表述为：在激子频率处，真空局域态密度非零而Purcell因子为零。我们提出了一种机制，通过激子与导模共振及多个Fabry-P\'{e}rot模式的耦合，实现几乎完全抑制辐射的激子quasi-BIC。我们证明，在无图案的范德华板中，Purcell因子的抑制完全由板的介电常数决定，这是通过将二维激子层定位在模式电场的极小值处实现的。我们通过数值模拟证实，在周期性图案化的异质结构超表面中，Purcell因子可被抑制五个数量级以上，且该效应并非源于局域电场的消失。我们的结果展示了激子quasi-BIC的形成及其在推动量子光学与信息处理方面的潜力。
引用
@article{arxiv.2503.09037,
title = {Excitonic bound states in the continuum in van der Waals heterostructure metasurfaces},
author = {Polina Pantyukhina and Andrey Bogdanov and Kirill Koshelev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.09037},
year = {2025}
}