来源：美国应用物理联合会 \ 美国光学学会

    太赫兹生物医学传感器研究是面向生命健康的科技前沿。这类产品工作原理主要依托人工周期性电磁媒介（超构材料/超构表面）构建电磁亚波长结构，与入射的太赫兹波相互作用时，引发人工极化激元的共振，产生局域电磁场增强效应使得其对周围的介电环境敏感，从而改变太赫兹共振的品质因子、谐振频率、群延迟，实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。

    光子Moiré超晶格组成的二维人工周期性电磁媒介被称为Moiré超构表面。相较于传统开口谐振环构型的超构表面，其优点之一是通过调整相对晶格常数或旋转两个周期性阵列之间的角度，可以轻松精确地控制结构构型及其光学特性，从而获得具有高度可调光学特性的大规模超构表面。另一个优点是，Moiré超构表面的准周期性图案使其具有更多光学响应特征，特别是高旋转对称性导致动量空间 （k-space） 中有许多模式，从而实现宽带电磁频谱响应。上海师范大学数理学院赵振宇老师课题组不断探索调控太赫兹谐振特性的新构型、新原理器件，先后提出了光子Moiré超晶格实现太赫兹电磁诱导透明 （EIT）和连续体中束缚态 （BIC）的调控。

    今年十月，该课题组展示了一种三层莫尔超表面，在特定角度上具有明显的EIT现象。所提出的超表面由一个本征方晶格组成，该晶格再嵌入到另一个由两个方晶格以10.39°或7.63°特殊角度扭曲堆叠的光子Moiré超晶格中，。这一三重Moiré超构表面中扭曲方晶格之间的隐藏模式被激发，并且相互耦合，从而实现两个晶格模式的相消干涉，导致太赫兹波段出现透明窗口。其中，当角度为 10.39° 时，在 0.84 THz 的透明窗口处发现最大群延迟为 9.76 ps；当角度减小到 7.63° 时，透明窗口偏移到 0.57 THz，具有 5.96 ps 的群延迟。耦合洛伦兹振荡器模型表明，透明窗口处的非线性光学极化率大于零。该研究创造了一种在太赫兹波段调整 EIT 和慢光的方法。相关成果在2024年10月发表于Appl. Phys. Lett. 125, 141701 (2024)上。

    同年十二月，该课题组提出了一种由两个相同的方形光子晶格以角度12.68°叠加而成的Moiré超构表面。通过调整入射角，可以在Moiré超构表面同时实现对称保护的 BIC(SP-BIC)、Friedrich-Wintgen BIC 和偶发 BIC （Accidental BIC）。其中，准 BICs 保持超过 107 的超高 Q 因子。光子能带结构表明，这三种类型的 BIC 位于 k 空间中远场极化涡旋的中心，它们有自己的拓扑电荷。这些 BIC 对薄膜传感器应用中分析物折射率的细微变化表现出高度敏感性。这一成果在2024年12月发表于Opt. Lett. 49, 7016-7019 (2024)上。

    上述成果表明Moiré超构表面在太赫兹波段表现出很高光学调谐能力和多功能的光操纵能力。上海师范大学数理学院赵振宇老师课题组的成果，突破了传统太赫兹生物医学传感器的设计思路，开启转角调控太赫兹谐振特性的新时代。