介电常数不对称准连续域束缚态

对称性破缺是非平凡物理现象的核心。打破光学系统的面内几何对称性可访问一组称为对称性保护准连续域束缚态（qBICs）的电磁态。本文中，我们从理论、数值与实验上证明，此类光学态也可通过在组成材料的介电常数上打破面内对称性而在超表面中访问，显示出与其几何不对称对应物显著的等价性。然而，尽管原子的物理尺寸对可实现的最小几何不对称性施加了限制，由载流子掺杂以及电光 Pockels 与 Kerr 效应引起的弱介电常数调制（通常被认为微不足道）开启了无穷小介电常数不对称性的可能，以实现按需且动态可调的极高品质因子光学共振。我们使用原型 Si/TiO$_{2}$ 超表面探测了介电常数不对称 qBICs（${\varepsilon}$-qBICs）的激发，其中原胞的不对称性由不同材料的折射率对比提供，超越了来自纳米加工缺陷或光偏离正入射角的任何不期望的不对称性。${\varepsilon}$-qBICs 也可在一维光栅中激发，其中几何与介电常数不对称性相互作用导致的品质因子增强与定制干涉现象得到了数值证明。具有介电常数对称性破缺的系统中 ${\varepsilon}$-qBICs 的出现可能有助于检验量子力学中的时间-能量不确定性，并带来全新一类小尺寸光学与光电子器件，从任意窄滤波器与拓扑源、生物传感和超强光-物质相互作用平台，到可调光学开关。