混合磁振子-激子极化子超结构：全氧化物平台中的室温强耦合效应

《Journal of Materials Chemistry C》：Hybrid magneto-excitonic polariton metastructures: room-temperature strong coupling in all-oxide platforms

本工作设计了一种全氧化物光子元结构，通过亚2nm Al2O3间隔层耦合铁磁CoFe2O4纳米盘与Mn掺杂ZnO纳米盘，在室温下实现120 meV Rabi劈裂和>5合作因子，并展示20 nm以上宽光谱偏置可调谐的非互易传输特性。该平台具备CMOS兼容性、化学热稳定性及可扩展制造工艺，为集成光子器件提供新范式。

　　

在室温下打破全介电平台中的光学互易性仍然是集成光子学领域一个具有挑战性但意义重大的目标。在这项工作中，我们设计并数值验证了一种通过光刻技术实现的全氧化物超结构，该结构将铁磁性的CoFe₂O₄纳米盘与掺锰的ZnO（ZnO:Mn）纳米盘结合在一起，两者之间由厚度小于2纳米的Al₂O₃隔层分隔。通过详细的参数优化和对准公差（这些都在我们的原始设计文档中有所记录），这种结构能够支持混合磁激子极化子的产生，其拉比分裂达到120毫电子伏特（meV），并且在300开尔文（K）时的协同效应因子超过5——这一切都不需要低温环境或金属损耗。有限差分时域（FDTD）模拟和微磁模拟，结合耦合模式建模，揭示了宽频带（>20纳米）的可偏压调节的非互易传输窗口，其光谱位置可以通过几何形状、锰含量和层间间距来精确调控。我们的发现验证了最初设计草图中的概念：这种仅基于氧化物的、与CMOS兼容的平台能够实现偏压可重构的自旋-光子耦合，具有可扩展的制造工艺以及化学和热稳定性。这种方法将基础的光磁物理原理与实际的芯片实现相结合，为开发在常温条件下运行的节能隔离器、路由器和相位控制光子组件提供了明确的路径。