近日，我院凝聚态物理研究所关于Anomalous Plasmon Coupling and Fano Resonance under Structured Light的研究工作在纳光子学权威期刊Photonics Research（IF：7.6，SCI一区）发表。我院教师杨大杰为第一作者和通讯作者，南方科技大学王取泉教授为通讯作者。
光子轨道角动量是量子力学中描述光子（光量子）旋转运动的一种性质，是近年来光子学领域的前沿课题。光子轨道角动量是光子围绕光传播方向旋转的角动量，这种旋转是光子运动轨迹的旋转，不同于电场方向的旋转（自旋角动量）。当光束具有轨道角动量时，它的相位在横截面上会出现螺旋形的梯度。当轨道角动量光作用于微纳颗粒时，将极大丰富光与物质的相互作用以及微纳结构间的相互作用。而轨道角动量光束的复杂场对表面等离激元激发和耦合行为的影响目前仍是一个亟待研究的课题。
众所周知，平面光中光子的极化是均匀的(uniform)，因此位于高斯光束横截面上的具有相同形状的纳米颗粒的振动相位也是相同的，且无法调节的。而轨道角动量光束的相位呈螺旋状梯度分布，位于光束横截面上不同角度的纳米颗粒将具有不同的振动相位，且相位差可通过颗粒间的相对位置和光子轨道角动量量子数进行调节。这些具有不同相位的振子之间将通过近场产生复杂的耦合。这就为研究光与物质的相互作用提供了新的物理自由度，此即为本成果所研究的轨道角动量光源激发下表面等离基元纳米结构间的反常耦合行为。文章发现当自旋角动量和轨道角动量大小相等且方向相反时，可以实现沿光传播方向的表面等离基元电偶极激发。并且轨道角动量光源激发下，两个等离激元偶极子可呈现“头对头”反键耦合和“肩并肩”成键耦合态激发，这与传统的耦合态激发行为截然相反。此外，文章还观察到纳米棒二聚体的反常Fano共振：沿光传播方向的纳米棒为明态，沿电场方向的为暗态，这与传统的Fano共振正好相反。
利用轨道角动量光源的独特性质，这项研究提供了一种新颖的方式来控制和研究表面等离激元。文章利用光子轨道角动量来控制和研究等离激元行为，为电磁场调控领域和光谱学提供了新的途径和更多的自由度。
原文：Da-Jie Yang, Song-Jin Im, Hai-Wen Huang, Chol-Song Ri, Kum-Dong Kim, Kil-Song Song, Ji-Cai Liu, Qu-Quan Wang. Anomalous plasmon coupling and Fano resonance under structured light[J]. Photonics Research, 2023, 11(8):1423.
链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.488215。
轨道角动量光源激发下的反常Fano共振
