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フォトニクス：超臨界BICによる指向性巨大アップコンバージョン
Nature 626, 8000 doi: 10.1038/s41586-023-06967-9
自由空間波のスペクトルに埋め込まれた、放射Q値が発散するフォトニック連続準位中束縛状態（BIC）は、開放型共振器におけるトポロジカルに非自明な暗モードであり、フォトニクスにおける重要な進歩を可能にしてきた。しかし、近接場を最大限に増強することは、放射損失と非放射損失のマッチングが必要であるため、特に困難である。今回我々は、Friedrich–Wintgen条件に近い近接場結合共鳴における電磁誘導透過から着想を得た、超臨界結合の概念を提案する。超臨界結合は、暗モードと明モードの近接場結合が、暗モードとの無視できるほどの直接遠距離場結合を相殺する場合に起こる。これによって準BIC場は、放射Q値が発散する場合であっても、非放射損失によって課される最大増強に達することが可能になる。我々の実験設計は、アップコンバージョンナノ粒子で覆われたフォトニック結晶ナノスラブで構成される。近接場結合はナノ構造エッジで微調整され、そこでは8桁増強されたコヒーレントなアップコンバージョン発光が観測された。この発光は、無視できるほどの発散、マイクロスケールの狭い幅、入力光の集光と偏光によって制御可能な指向性を示す。今回の手法は、さまざまな物理過程と関連しており、光源の開発、環境発電、光化学触媒反応に応用される可能性がある。
