JPhysD编辑优选：基于双槽硅盘阵列结构的超窄双波段完美吸收器
文章介绍
Can Yang 杨灿（本科生）、Minghe Luo 罗明贺（本科生）、Xiongwu Ju 巨雄吾（本科生）、Jinyong Hu 胡金勇（通讯作者）
通讯作者：
- 胡金勇，湘潭大学
研究背景：
本研究致力于解决当前超材料完美吸收器面临的核心挑战：如何在单一结构中同时实现双波段响应与超窄线宽吸收光谱。传统金属-电介质结构因金属固有高损耗难以压缩线宽，而低损耗的电介质结构又通常仅能支持单波段吸收，限制了其在多波段探测、滤波及传感等领域的应用。针对此问题，本研究旨在通过巧妙的结构设计融合磁偶极共振、衍射波耦合与anapole模式，以期实现一种兼具双波段响应与超窄线宽的完美吸收器，为设计高性能双频光学器件提供了理论基础和实验依据。
研究内容：
本研究采用有限时域差分法（FDTD）进行理论建模与数值仿真，系统分析了由双槽硅纳米盘阵列、二氧化硅间隔层和纳米银反射膜所构成超材料的光学吸收特性。通过笛卡尔多极子分解方法定量计算了各电磁多极矩对散射场的贡献，从而揭示了共振模式的物理本质。研究的关键在于利用阵列结构同时激发了两种机制：其一为磁偶极模式与衍射波模式耦合形成的混合模式，其二为相邻纳米盘间anapole模式的相互作用。
该研究系统分析了结构参数（如盘厚、直径、槽尺寸、晶格周期等）对光学吸收性能的影响，并通过优化参数在近红外波段实现了两个超窄线宽完美光学吸收峰，分别位于1155.23 nm和1212.17 nm，吸收率高达99.31%和99.61%，对应线宽仅为1.92 nm和1.25 nm；同时该结构表现出卓越的传感性能，两个通道的灵敏度分别为288 nm/RIU和204 nm/RIU，品质因数达到150 RIU-1和163.2 RIU-1。
这一研究成果的重要意义在于成功解决了双波段超窄带吸收的协同实现难题，为发展高Q值多频段光子器件提供了全新设计范式，特别是在高精度双通道生化传感领域展示了显著的应用潜力。
作者介绍
胡金勇 副教授
湘潭大学
- 胡金勇，湘潭大学博士生导师，中共党员，系副主任，湖湘青年英才，湘潭市D类高层次人才，湖南省电子信息技术研究会理事、湖南省电子学会理事、Rare Metals青年编委。2018年6月于中山大学获光学专业博士学位，2018年9月入职湘潭大学物理与光电工程学院从事教学研究工作，现为湘潭大学微电子科学与工程系副主任。主要从事微纳传感芯片的设计及其应用研究。近5年来，先后主持承担国家自然科学基金、湖南省科技创新计划项目、湖南省自然科学基金、教育部产学研协同育人项目、湖南省教育厅科研项目、湖南省教育改革项目等10余项，在ACS Sensors、Sensors and Actuators B: Chemical、Analytical Chemistry等国际知名期刊上发表SCI学术论文40余篇（含中科院一区top期刊论文18篇，ESI高被引2篇），申请专利10余项。
期刊介绍
- 2024年影响因子：3.2 Citescore：6.4
- Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。