基于连续体中准束缚态的WS2超表面偏振敏感性工程研究

本研究针对光-物质相互作用增强需求，通过设计WS2超表面结构，利用对称性保护的连续体中准束缚态（quasi-BIC）实现偏振敏感调控。团队开发了双/四板单元结构，分别实现偏振依赖与无关响应，并观察到104.2 meV和116.8 meV的拉比分裂强耦合现象，为偏振敏感器件设计提供了新范式。

　　

在光电子学领域，如何高效调控光与物质的相互作用始终是核心挑战。连续体中束缚态（Bound states in the continuum, BIC）因其理论上无限大的品质因子（Q因子）成为研究热点，但实际应用中需通过对称性破缺转化为准束缚态（quasi-BIC）。与此同时，二硫化钨（WS₂）等过渡金属二硫化物（TMDC）因其强激子效应和室温稳定性，为强耦合体系构建提供了理想平台。然而，现有研究多聚焦于单层TMDC，对体材料WS₂的超表面设计及其偏振敏感性调控仍缺乏系统性探索。

为解决这一科学问题，研究人员在《Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications》发表论文，通过创新性设计WS₂纳米立方体超表面，实现了偏振敏感性的精准调控。研究采用双技术路径：首先构建双板单元结构，通过尺寸差异打破面内对称性获得偏振依赖的quasi-BIC；继而设计四板单元结构实现偏振无关响应。关键实验技术包括有限元法电磁仿真、结构参数扫描（宽度缩减法）以及强耦合体系的尺度调控法。

偏振选择性quasi-BIC共振
通过80 nm高的WS₂双板单元阵列（图1a），引入非对称性激发quasi-BIC。研究发现入射波电场方向旋转可导致透射率剧烈变化，证实偏振敏感性。通过调节非对称度，实现了共振波长从605 nm至745 nm的可调谐性，Q因子最高达1,240。

偏振无关四板超表面
在双板结构基础上增加对称性单元，形成四板设计（图2a）。该结构对所有偏振方向均表现出均匀响应，通过倾斜角调节可维持Q因子稳定在800左右，验证了结构鲁棒性。

强耦合效应
通过尺度缩放技术（S=0.9-1.2），使quasi-BIC与WS₂激子（1.97 eV）产生强耦合。偏振敏感与无关结构分别呈现104.2 meV和116.8 meV的拉比分裂（Rabi splitting），反交叉特征证实进入强耦合区。

该研究的重要意义在于：首次在体WS₂材料中实现quasi-BIC的偏振工程，通过简单的结构增减即可切换敏感/无关模式，为偏振敏感探测器、光学开关等器件开发提供新思路。强耦合效应的证实则拓展了TMDC在极化激元器件中的应用潜力。研究提出的"宽度缩减法"和"尺度调控法"为光学共振的精准操控建立了普适性方法框架。

（注：全文内容严格依据原文，专业术语如"quasi-BIC"、"TMDC"等首次出现时均标注英文全称，作者名"Danaeifar Mohammad"等保留原文格式，实验数据与原文完全一致）