撰稿|由课题组供稿
针对挑战，方哲宇课题组利用电镜的阴极荧光显微技术研究了介质平板光子晶体，获得了包括刻蚀的孔区域在内的超高空间分辨的辐射光子局域态密度分布，并通过调整结构参数获得了可见光波段中具有高品质因子的硅基腔结构。
图1 (a) 光子晶体结构示意图 (b)电镜图 (c) 阴极荧光显微技术的成像和光谱系统 (d) 3 kV电压激发下在光子晶体不同区域采集到的阴极荧光光谱。在光子晶体区域阴极荧光信号显著增强，表明存在体态共振。
图2 (a) 光子晶体电镜图 (b) 不同电压下，光子晶体局部的阴极荧光成像图(c) 电子穿透深度的蒙特卡洛模拟结果 (d) 光子晶体电镜以及阴极荧光深亚波长成像(e) 不同加速电压下电子与光子晶体相互作用过程。高电压下电子束激发不同深度处材料的缺陷发光，中等电压下电子束激发特定深度处材料的缺陷发光，低电压下电子束激发光子晶体模式。
图3 (a-c) 光子晶体电镜和阴极荧光成像图 （d-e）光子晶体能带结构和场分布仿真。光子晶体中的光子局域态密度受到结构参数的调控。
图4 (a-b) 光子晶体腔结构电镜及阴极荧光成像图 (c) 光子晶体能带结构和场分布仿真 (d) 光子晶体腔结构谱线表征。调整结构参数将电磁共振能量主要集中在孔区域可以避免材料的吸收，因此在硅上实现了可见光波段的高品质腔结构。
该工作利用阴极荧光显微成像和光谱系统表征了z方向非对称介质平板光子晶体的体态，获得了包括刻蚀的孔区域在内的超高空间分辨的辐射光子局域态密度分布。与电子束穿透深度相关的电子与物质相互作用使得沿z方向对多层介质结构的选择性激发成为可能，为三维纳米光子学的研究提供了方法和思路。改变光子晶体几何结构参数可以调控其体态，可将共振能量局域在孔内减少硅的强吸收，这种预防材料内在损失的策略可以推广到其他类似系统。该工作在可见光范围内实现了高品质的硅基腔结构，在传感和激射领域具有潜在的应用。
北京大学物理学院方哲宇课题组的博士研究生何霄、刘冬林、和党郅博是文章的共同第一作者，方哲宇教授为文章的通讯作者。该工作得到了人工微结构介观物理国家重点实验室、基金委国家杰出青年基金、国家重大科研仪器研制项目基金、科技部国家重点研发计划纳米专项的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202200818
