In una nuova pubblicazione di Progressi optoelettronici , ricercatori guidati dal professor Liu Yan della Xidian University, Cina e il professor Gan Xuetao della Northwestern Polytechnical University, Cina, considerare la generazione e l'applicazione della risonanza ad alto Q in metasuperfici completamente dielettriche.

I metamateriali sono strutture elettromagnetiche composite artificiali costituite da unità di lunghezza d'onda, che può realizzare un controllo efficiente e flessibile delle onde elettromagnetiche. I metamateriali sono un'area di ricerca emergente per l'optoelettronica, fisica, chimica e materiali, grazie alle loro nuove proprietà fisiche e potenziali applicazioni.

Con lo sviluppo nella fabbricazione di nanostrutture, le metasuperfici completamente dielettriche hanno attirato molta attenzione da parte della ricerca a causa della loro elevata efficienza e bassa perdita. Però, le metasuperfici basate su materiali ottici tradizionali (come il silicio) possono supportare solo risonanze Q relativamente basse, limitando le loro applicazioni nell'azione laser, rilevamento, e ottica non lineare. Un concetto recentemente emerso di stati legati nel continuum (BIC) fornisce una nuova soluzione per superare questo problema. Il concetto di BIC è stato introdotto per la prima volta nella meccanica quantistica. Rappresenta un fenomeno ondulatorio di modi, che hanno l'energia che giace negli stati delocalizzati all'interno del continuum. Le metasuperfici che supportano BIC possono ottenere una risonanza ad alto Q controllabile, che possono estendere la loro applicabilità ai dispositivi che richiedono caratteristiche spettrali nitide.

Gli autori di questo articolo propongono una metasuperficie di Si basata su blocchi rotti dalla simmetria, che può raggiungere la risonanza ad alto Q. Le nanoparticelle realizzate con materiali convenzionali possono supportare solo un fattore di qualità relativamente basso. Il concetto di BIC fornisce una nuova soluzione per superare questo problema. Questo concetto appare per la prima volta nella meccanica quantistica, dove un vero BIC è un'astrazione matematica con fattore Q infinito. In questo lavoro, la rottura della simmetria viene introdotta nella struttura periodica simmetrica e i BIC ideali si trasformano nella modalità leaky con un fattore Q elevato. Allo stesso tempo, il fattore Q della risonanza può essere controllato variando l'entità dei difetti introdotti. Inoltre, modificando la proposta progettuale, è anche possibile regolare la relazione tra il fattore Q e la dimensione del difetto. Una risonanza ad alto Q può essere facilmente realizzata in questo modo e l'effetto ottico non lineare della struttura può essere ovviamente potenziato alla risonanza.

La ricerca riportata in questo articolo apre la strada alla manipolazione dei BIC e alla realizzazione di risonanze dinamiche ad alto Q, che costituisce un passo significativo verso lo sviluppo di applicazioni fotoniche risonanti ad alto Q. tecnologie ottiche innovative e avanzate.