超表面精确控制光的振幅、偏振和相位可以涵盖成像、传感、调制和计算等应用范围，表面及其组成谐振器的三个关键性能指标是质量因子（Q因子）、模体积（V_m）和控制远场辐射的能力。通常，谐振器面临这些参数之间的权衡：V_m的降低导致Q的等效降低。近日，斯坦福大学Jennifer A. Dionne、Varun Dolia、华盛顿大学Mark Lawrence、Pumpkinseed Technologies的Jack Hu证明了这种折衷并非不可避免：高质量因子、亚波长V_m和受控的类偶极辐射可以同时实现。

本文要点：

1) 作者设计了高质量因数、超大规模集成硅纳米天线像素（VINPix），并将导模谐振波导与光子晶体腔相结合。通过优化的纳米天线，作者实现了Q因子超过1500且Vm小于0.1（λ/n_air）³。每个纳米天线可通过自由空间光单独寻址，并表现出对远场的偶极状散射。

2) 此外，作者实现了每平方厘米超过一百万个纳米天线的谐振器密度。作为概念验证应用，作者展示了无光谱仪、空间局部化、折射率传感和8mm×8mm VINPix阵列的制造。该平台为紧凑、密集复用的设备提供了基础，如空间光调制器、计算光谱仪和现场环境传感器。

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Varun Dolia et.al Very-large-scale-integrated high quality factor nanoantenna pixels Nature Nanotechnology 2024

DOI: 10.1038/s41565-024-01697-z

https://doi.org/10.1038/s41565-024-01697-z