微电学术 | 徐政基副教授团队在APL Photonics上发表研究成果

近日，中山大学微电子科学与技术学院徐政基副教授团队在国际知名期刊APL Photonics在线发表了题为“Energy transfer of strong coupling of molecular vibrations regulated by dual bound states in the continuum”的研究论文。论文共同第一作者为2021级博士生张树斌和2024级硕士生范烨，通讯作者为徐政基副教授。

分子振动强耦合（VSC）指分子振动模式与光腔模式相互作用超各自衰减率，形成准粒子极化子，光谱呈模式分裂。通过分子跃迁与高 Q 因子、强光场限制的谐振腔（如回音壁腔、法布里 - 珀罗腔）耦合可实现 VSC，但传统谐振腔模式体积大、难以集成；等离激元纳米结构则因金属固有的欧姆损耗 Q 因子低，二者均有局限。

连续域束缚态（BIC）的能量位于连续辐射谱中，但不与连续谱发生耦合，Q 因子无限高，破缺对称性可以将其转化为高 Q 因子的准 BIC（q-BIC），已在光学传感器等领域验证实用价值。但当前 BIC 与强耦合研究存在局限：多聚焦单一 q-BIC 模式，系统自由度受限；双重强耦合研究多为三模式混合或并行独立耦合，缺乏通过参数连续调控实现序贯变化的多重独立耦合，难以实现动态调控能量转移。

本研究提出了一种基于双带准连续域束缚态（q-BIC）的新型光子平台，实现了振动强耦合（VSC）体系中能量转移的动态调控。不同于传统光学微腔的调谐局限性和等离激元体系的欧姆损耗限制，我们设计的双非对称介质光栅可在中红外波段同时激发两个高Q值q-BIC模式，并与PMMA分子的C=O伸缩振动达成强耦合，观测到显著拉比劈裂。通过建立模式分裂程度与光栅周期的关联，揭示了耦合系统经历两次强耦合的动态演变，阐明了不同失谐态下的能量转移效率和光谱特性。光栅结构从双周期向单周期过渡时，q-BIC模式转换为导模共振并伴随光场重构。通过调控PMMA厚度验证了集体强耦合对能量交换效率的提升作用。该工作突破了单q-BIC模式系统的自由度限制，为实现复杂能量转移路径和精确调控提供了新范式，在生物医学诊断、光学传感等领域具有巨大应用潜力。

APL Photonics 是由美国物理联合会（AIP）主办的国际光子学领域核心期刊，于 2016 年正式创刊，其办刊定位为聚焦光子学基础研究与应用转化的前沿成果。该刊重点覆盖光学物理、光电子器件、量子光子学、纳米光子学、生物光子学等方向，尤其鼓励发表能打破学科壁垒、推动光子技术在能源、信息、医疗等领域创新应用的突破性研究。

文章信息：

Shubin Zhang, Ye Fan, Meixue Zong, Zhengji Xu; Energy transfer of strong coupling of molecular vibrations regulated by dual bound states in the continuum. APL Photonics 1 September 2025; 10 (9): 096106.

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0275145

通讯作者简介：

徐政基，中山大学副教授、博士生导师、中山大学逸仙学者（新锐学者），微电子科学与技术学院院长助理。入选广东省重大人才工程青年项目。本科和博士均毕业于新加坡南洋理工大学电子与电气工程学院。曾担任新加坡科技研究局（ASTAR）微电子研究院（IME）研究员，主要研究领域为：微纳光电子器件设计与制造、人工智能微纳光子学、硅基光子学、平面光学、测量与传感器技术等。迄今发表SCI论文60余篇，包括Laser and Photonics Review、Photonics Research、 Nano Letters、 Nanophotonics、Nature Communications、Nanoscale、Small、Optics Letters、Optics Express、IEEE Transactions on Nanotechnology和IEEE Photonics Technology Letters等，H-index为20。是Nano-Micro Letters、Chip等期刊青年编委，并长期担任Nature Communications、ACS Photonics、 Advanced Optical Materials、 Optics Letters等期刊的审稿人。欢迎感兴趣的同学加入该科研团队开展研究！

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