清華新聞網12月24日電 近日，清華大學電子系李越課題組首次在近零介電常數（Epsilon-near-zero, ENZ）媒質中發(fā)現法諾共振現象，提出了一種基于ENZ媒質的色散調控新方法，對微波和光學器件及其片上集成具有重要的應用價值。
法諾共振（Fano resonance）是物理學中的一個電磁振蕩現象，描述了由離散諧振體與連續(xù)諧振體之間相互作用而引起的非對稱頻譜。幾十年來，法諾共振在光學、原子物理、凝聚態(tài)物理、量子信息等多個領域得到廣泛研究，并在光電傳感、納米激光和量子計算等前沿應用中展現出巨大潛力。
近零介電常數（ENZ）媒質是一類具有特殊電磁特性的材料，其介電常數接近于零。相關研究表明，ENZ媒質在微型化和形狀可調的器件中具有獨特的優(yōu)勢，為實現小尺寸、形狀可調的法諾共振提供了新的平臺。該研究中，團隊發(fā)現，ENZ媒質本身具有一種獨特的弱耦合機制，與法諾共振中的連續(xù)諧振體高度契合。通過在ENZ媒質中集成介質諧振結構，研究人員成功地在ENZ連續(xù)諧振體引入離散諧振體，從而觀測到ENZ媒質中的法諾共振現象。
圖1.ENZ媒質中的法諾共振
與傳統(tǒng)法諾共振器件相比，ENZ媒質中的法諾共振具有兩個顯著特點。首先，研究團隊發(fā)現法諾共振的頻譜是ENZ媒質磁導率的函數，通過調節(jié)ENZ媒質的磁導率可精確控制法諾共振的各種頻譜；其次，ENZ媒質能夠在極小尺度和任意形狀情況下引發(fā)法諾共振，突破了傳統(tǒng)法諾共振對器件最小尺寸的限制，使得法諾共振器件的集成化和小型化成為可能。以上現象均得到了實驗驗證。基于觀察結果，研究團隊進一步展示了ENZ媒質法諾共振在電磁器件色散控制方面的應用潛力，如電磁誘導透明特性的光學濾波器等。借助ENZ媒質的法諾共振效應，研究人員能夠通過簡單的結構調節(jié)實現法諾共振的色散控制，這一技術尤其在激光器、全光開關、光子傳感器以及未來的光子芯片中具有重要的應用價值。
圖2.ENZ媒質中法諾共振的磁導率與頻譜關系
相關研究成果以“近零介電常數媒質中的法諾共振”（Fano Resonance in Epsilon-Near-Zero Media）為題，于12月19日發(fā)表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。
清華大學電子系2021級博士生閆雯荻為論文第一作者，副教授李越為論文通訊作者。其他作者還包括清華大學電子系2018級博士生李昊（已畢業(yè)）、2019級博士生秦緒（已畢業(yè)）、2021級博士生付鵬宇、2023級博士生李佩航和2024級博士生李鎧峰。研究得到清華大學電子工程系自主科研項目、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等的支持。
論文連接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.256402
供稿：電子系
編輯：李華山
審核：郭玲
