非晶锗超材料的亚皮秒时间尺度上的深光开关

     光学超表面具有通过高度局域化的电磁模式增强光物质相互作用的能力。这包括裁剪电磁场的空间分布来创建平面光学元件，以及偏振器件和光谱特性。此外，超表面可以对非线性光学现象进行前所未有的控制。尽管超表面提供了无数的新可能性，但它们的应用范围通常在缺乏可调性方面处于主要劣势。换句话说，超表面的特性是由其几何参数和材料组成决定的，通常在制造过程完成后无法调整。另一方面，基于半导体的主动超表面(SAMs)提供了可调的电磁响应，因为它们的光学特性是时间的显式函数。SAMs的可调谐性可以为基于主动控制的各种应用铺平道路。SAMs在光子学领域的一个重要的应用是全光开关和超快信号处理。全光开关在介质、金属和半导体纳米结构中得到了广泛的研究。活性纳米结构光学元件有望成为新型光计算和数据处理体系结构的潜在构建模块。然而，迄今为止，具有低激活能和高对比度超快开关的纳米级全光开关还没有被发现。

       近日，美国埃默里大学Hayk Harutyunyan等人报道了在中红外中表现出强共振模式的非晶锗基微谐振器超表面上进行的泵浦-探针测量。ΔT/T≈1透过率，相对变化在50 μJ cm−2的极低泵浦影响下，获得了皮秒(降至τ≈0.5 ps)自由载流子弛豫速率。这些观察归因于有效的自由载流子的促进，通过高质量因子的光学共振影响透光率。其次是由于Ge的非晶晶体结构增加了自由载流子的电子-声子散射。基于介电常数模型通过晶体结构无序描述自由载流子阻尼的全波模拟结果与实验数据吻合良好。这些发现为纳米级的全光开关提供了一个高效、可靠的平台。相关研究工作发表在《Advanced Optical Materials》上。（丁雷）

      文章链接：Robert Lemasters,et al, Deep Optical Switching on Subpicosecond Timescales in an Amorphous Ge metamaterial, Adv. Optical Mater(2021).DOI: 10.1002/adom.202100240.