杨国伟教授研究组在纳米光子学材料研究中取得重要突破

       电磁感应透明(electromagnetically induced transparency，EIT)作为一种独特的量子干涉效应可以使得电磁波在介质中零反射和完美透射，这些奇异的物理现象导致了零折射率超材料的出现及在光学隐身等方面应用。作为一种经典类比，近年来，科学家通过等离激元（plasmon）纳米结构的宽带与窄带模式的重合，提出了等离激元诱导的光透明（plasmon-induced transparency，PIT）效应，从而使得等离激元纳米结构在光学传感和超材料中得到了重要应用。但是，优异的等离激元纳米结构都是基于贵金属如金和银等，可见光区欧姆损耗较大，组装工艺复杂，成本高，并且等离激元共振自身对纳米结构尺寸极为敏感大大地限制了其在超材料中的应用。因此，超越贵金属，探索新的材料和结构已经成为目前纳米光子学研究的关键科学问题，而全介质材料(all- dielectric materials)被认为是超越贵金属的新一代光子学材料。

       最近，理工学院、光电材料与技术国家重点实验室、纳米技术研究中心杨国伟教授研究组在纳米光子学全介质材料研究中取得重要突破，通过全介质材料独有的磁偶极共振与电模式的相互作用，提出了磁致光透明（magnetically induced transparency，MIT）效应，并且在硅纳米球聚集体中得到了实验证实，相关成果发表在Nature子刊《自然通讯》（Nature Communications 6, 7042 (2015)）。

       杨国伟教授研究组的一年级博士生严佳豪在前期工作的基础上（ACS Nano 9, 2968 (2015)），采用液相飞秒激光熔蚀技术制备出均匀的硅纳米球，并且通过简单而有效的自组装方法组装出形态多样的硅纳米球聚集体，进而发现硅纳米球的任意聚集体都可以有效地实现电磁感应透明。通过研究暗场反射谱变化并结合Mie理论和Dipole-Dipole模型计算，他们提出了全新的全介质纳米结构的电磁耦合机制，而且这种机制完全不同与贵金属纳米结构中的等离激元杂化理论。紧密连接的硅纳米球之间可以产生几乎不受聚集形态影响的宽谱电偶极子共振，同时，硅纳米球内部也可以产生几乎不受周围环境影响而只取决于颗粒尺寸的窄带磁偶极子共振。这种独特的模式分布导致了硅纳米球多聚体显著的磁致光透明效应即MIT。显然，MIT可以很容易地在自组装的硅纳米球聚集体中实现，并且几乎不依赖于纳米球数目和尺寸以及聚集体形态。进一步，他们在理论上预言硅纳米球阵列会在特定波长实现零反射和完美透射。这意味着入射光可以穿过硅纳米球阵列而不产生附加相位，从而实现对阵列的“隐形”。所以，MIT的发现导致了作为超越贵金属的新一代纳米光子学材料-全介质材料在零折射率超材料等方面的广泛应用前景。

       该研究得到国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目和光电材料与技术国家重点实验室的资助，由beat365中国唯一官方网站杨国伟教授研究组独立完成。