近日，蔡阳健团队韩张华课题组在Cell Press细胞出版社旗下物质科学旗舰期刊《Newton》上发表了题为“High-Q photonic flat-band resonances for enhancing third-harmonic generation in all-dielectric metasurfaces ”的研究文章。山东师范大学为第一完成单位，物电学院博士生孙开礼为论文第一作者，韩张华教授、蔡阳健教授为通讯作者。共同通讯作者还包括华东师范大学黄陆军教授和美国纽约城市大学（City University of New York）的Andrea Alù教授。四川大学王卫教授及王柯人同学也为该工作做出了重要贡献。
传统光子结构中的高Q共振（例如QBIC(准连续域束缚态)或者QGMs(准导模)）已被广泛用于增强光-物质相互作用。然而，它们在Γ点周围的陡峭色散与随着入射角增加的共振偏移有关，这意味着，当使用紧密聚焦的窄线宽光束来实现较大的光强密度时，它们与相关动量的耦合相当弱。因此，平带共振是应对这一挑战的理想解决方案，因为在这种系统中包含不同傅里叶分量的聚焦光束仍然与均匀的高Q共振有关。在光子系统中，van Hove奇点通过支持平带结构，使得大量的光子态在特定频率聚集，从而显著提高该频率处的态密度。然而，它们通常位于光锥下方，阻止了它们与自由空间辐射的耦合。此外，具有莫尔晶格的光子结构能够支持向自由空间辐射的高Q平带共振，然而，这种结构通常具有较高的加工精度需求，并且很难实现Q因子的灵活调控。因此，开发一种简单而通用的方法来实现高Q平带谐振，以提升非线性谐波产生的转换效率，这将为非线性成像和数据存储等应用带来了重要的意义。
在这项工作中，作者提出了一种实现高Q光子平带的简单方法，该方法可以由厄米和非厄米系统共同支持。实现高Q光子平带共振的关键在于：通过晶格的扰动，将原本位于第一布里渊区（FBZ）边缘的色散GM带折叠到Γ点附近，该带和沿相反频率方向传播的泄漏模式之间发生强相互作用，并且可以通过改变晶格扰动来灵活控制相互作用的耦合强度U，从而在动量空间中获得想要的平带共振。通过进一步的对称破缺，位于平带Γ点处的BIC能够被转化为高Q因子的准BIC共振，并且其Q值大小能够被灵活调控而不影响平带的色散关系。通过利用这些高Q平带共振，并在窄线宽的泵浦激光激发下，THG信号与相同厚度的c-Si薄膜相比增强了近10,000倍。
该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、上海浦江计划以及美国空军科学研究办公室和Simons基金会的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.newton.2025.100057
