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2025

基于准连续体束缚态的电磁感应透明

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磁感应透明（Electromagnetic indeuced transparency,EIT） 是物理学中一个重要现象。翻译成电磁致介质透明，或者电磁诱导介质透明也可能更贴切，这样的翻译会使人觉得物理图像更加清晰。

EIT现象主要是通过外加磁场，改变材料的电磁响应特性，导致材料在特定波段下实现非常高效率的透射。

传统的EIT是源于量子干涉，是由于不同跃迁路径的干涉所致，是一个典型的量子效应。近些年发展起来的微纳光学，其中也存在以上类似的电磁诱导透明现象，而这种现象主要来源本质是微纳结构中的模式耦合与干涉。

超材料是实现EIT的经典模拟的一种有效途径。一般是利用一种亮模式与一种暗模式之间的耦合。例如，通过利用偶极子模式（亮模式）和四极子模式（暗模式）之间的干涉，类似的研究在等离子结构中有很多验证。相比于介质材料，金属材料依然存在很大的欧姆损耗，Q值依然受限。

全介质体系的微结构电磁诱导透明的相关研究也有很多工作，详细的背景介绍可以参考文章^[1]。

本公众号之前的短文也介绍过连续体中的束缚态（Bound States in the Continuum，BIC）: 周期结构中的光学连续体束缚态。BIC 具有极高的Q值，是一种非辐射态，通过改变微纳结构的，破坏结构的对称性，可以形成一种Q值依然很高的准束缚态，qBIC。具有高Q值结构在光电器件构建方面有很大的优势，因为其可以很大程度地提高电磁场的增强程度。

通过重叠高Q值的准束缚态和低Q值的米氏共振，有可能在全介质超表面中实现电磁诱导透明（EIT）^[2]^[3]。这是很有意思的探索，目前的多数工作多是集中在单一波段的电磁诱导透明。

最近发表在Laser photonics Review 期刊上的文章^[4]完成了基于连续域准束缚态实现的双波段电磁诱导透明的研究工作。

该工作中，研究人员设计并非采用斜入射方式，而是通过打破微结构对称性来实现双波段EIT，这可以通过偏心孔或U形结构来实现，有关打破结构的对称性控制BIC的相关研究可以参考之前的短文:介质超构表面非对称形与 q-BICs 中 Q 值的关系。

对称性保护的BICs转化为qBIC，随后与低Q值的米氏共振耦合，从而实现具有高Q因子的双波段EIT。研究人员对结构进行多极分析（一维周期结构散射多极分解的COMSOL计算）表明，这些qBICs由电环形偶极子和磁四极子主导，而低Q值的亮模式则由磁环形偶极子主导。数值模拟表明，两个EIT波段的相应的Q因子分别为7674和3631。