偶极耦合纳米环中辐射与能量流的偏振控制

在亚波长间距量子发射体构成的偶极耦合纳米环中，集体光学激发表现出极度的亚辐射性和场局域性，从而促进了高效、低损耗的环间能量传递。我们表明，此类环中激子和双激子的能移、辐射寿命和发射模式可以通过单个偶极子的取向进行调控。将偏振方向从垂直于环面倾斜至相切于环面，会极大地改变对称激子态的寿命，使其从超辐射变为亚辐射，且辐射场获得轨道角动量。在一个特定的倾斜角下，所有激子简并，且两个环之间的传输保真度达到极小值。进一步的模拟表明，对于某些参数，衰减随发射体密度呈双指数下降。环结构的无序甚至可以增强辐射寿命。传输效率强烈依赖于偏振和尺寸，我们通过模拟一个受生物启发的例子（即如在生物光捕获复合体（LHC）中发现的具有 9 个和 16 个偶极子的两个环）来证明了这一点。在完整的 LHC 多环结构中，最强超辐射态的场分布显示中心环内有紧密的亚波长场局域，而长寿命的亚辐射态则将能量存储在外环中。