撰稿|由课题组供稿
（1）设计机理：漏波耦合
针对该关键问题，研究团队提出了基于漏波耦合机制（leaky-wave coupling）的辐射型APT等离激元系统（图2a-b）。研究团队发现：鉴于漏波同时具有面内传播与面外辐射的特性（图2c-d），能够在辐射型APT系统的构建中扮演关键的双重角色。一方面，其面内传播分量可为两个共面的人工局域表面等离激元（SLSP）提供耦合的通道，以构建APT系统；另一方面，其面外辐射分量为该系统与远场空间波的相互作用架起了桥梁，为实现空间波调控提供关键支撑。此外，漏波的面内传播分量受到SLSP模式内禀宇称自由度的调制，进而使得SLSP之间的耦合强度表现出宇称依赖性（图2e）。
图2.辐射型APT系统设计方案
a. 结构的俯视图和前视图。b. SLSP模式。c. 表面波模式。d. 表面波模式和空气中光的色散曲线，漏波位于灰色区域。e. 虚数耦合强度的宇称依赖性。
（2）空间波偏振自由度：偏振控制的APT相变
研究团队发现，基于漏波的面外辐射，可以将空间波偏振自由度映射到SLSP宇称自由度，即横向与纵向电场极化的空间波分别激发SLSP的奇模与偶模。而由于虚数耦合强度对于SLSP模式宇称的依赖性，系统表现出奇模与偶模两组不同的APT相变（图3a）。因此，通过控制入射波的极化方向，研究团队实现了偏振控制的APT相变（图3b-c），并通过近场成像实验进一步表征模式，证实了该相变现象（图3d-f）。
图3. 偏振控制的APT相变
a. 奇模和偶模系统的本征频率。b. 远场偏振激励示意图。c. 正交偏振平面波照射下的实验谱结果。d-f. 近场成像实验结果。
（3）空间波入射角自由度：高维系统的多级APT相变
基于该系统设计机理的可扩展性，研究团队进一步实现了高维APT系统（图4a），并观测到多级APT相变现象（图4b）。为区分表征频率相近的高阶模式，研究团队引入空间波入射角这一自由度，设计入射角使其与目标模式相位梯度匹配，提高目标模式的激发效率，通过近场成像实验进一步验证了该系统的多级APT相变（图4c-j）。
图4. 高维系统的多级APT相变
a. 高维系统俯视图。b. 高维系统特征值。c-j. 高阶模式表征。
（4）应用前景：无线传感
过去的研究表明，利用非厄米系统中的Exceptional Points可以实现高灵敏度传感，但是其应用大多局限于近场或导波结构。该系统的辐射特性，使其有望从近场拓展至远场，从而进一步实现无线传感。研究团队充分利用该系统开放性的特点，演示了其对环境介质变化的无线传感。图5b展示了远场反射谱随着环境参数变化的演变，结果证实了该辐射型APT系统在无线传感应用方面颇具潜力。
图5. 环境介质感应
a. APT系统远场传感示意图。b.反射谱随介质介电常数的演变。
结语：
浙江大学李鹰研究员、李尔平教授为该工作提供了重要指导。该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、重点实验室基金、中央高校基本科研业务费等经费资助。
论文信息：
Yang, Y., Xie, X., Li, Y.et al. Radiative anti-parity-time plasmonics. Nat Commun 13, 7678 (2022).
论文连接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-35447-3
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