利用膜超表面在空气中捕获光以实现振动强耦合
光学
2024-10-24 v2 应用物理
摘要
光学超表面能够在超薄工程界面以前所未有的方式操纵电磁波。具体而言，在中红外 (mid-IR) 区域，超表面通过增强谐振腔中的光 - 物质相互作用，实现了众多生化传感、光谱学和振动强耦合 (VSC) 应用。然而，中红外超表面通常制造在固体支撑基底上，这会降低谐振品质因数 (Q) 并阻碍样品有效接近近场电磁热点。此外，典型的低折射率红外透明基底材料，如 CaF2、NaCl、KBr 和 ZnSe，通常要么水溶性、昂贵，要么与低成本大规模制造工艺不兼容。在此，我们提出了一种新型独立式 Si 膜中红外超表面，其在可访问的空气空隙中具有强大的光捕获能力。我们采用布里渊区折叠技术来激发可调谐的高 Q 准连续域束缚态 (q-BIC) 谐振，测得的最高 Q 因子为 722。利用可访问空气腔中的强场局域化，我们展示了多种数量的 PMMA 分子与不同失谐频率下的 q-BIC 模式之间的 VSC。这种将中红外超表面制造到半导体膜中的新方法实现了中红外光子器件的可扩展制造，并为量子相干光 - 物质相互作用、生化传感和极化化学提供了令人兴奋的机遇。
引用
@article{arxiv.2402.17901,
title = {Trapping light in air with membrane metasurfaces for vibrational strong coupling},
author = {Wihan Adi and Samir Rosas and Aidana Beisenova and Shovasis Kumar Biswas and Hongyan Mei and David A. Czaplewski and Filiz Yesilkoy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.17901},
year = {2024}
}