• 解决的问题：传统超表面的非对称辐射（AR）通常表现为器件两侧的辐射差异，而在同一侧实现对相反入射角度的非对称辐射（UAR）受限于纳米结构的空间可控性，缺乏系统的机制探讨和调制策略。

• 提出的方法：设计由两层六边形晶格纳米柱组成的双层超表面，通过引入层间位移打破空间对称性，使连续域束缚态（BIC）转化为准 BIC（q-BIC），利用 q-BIC 在远场动量空间中对相反面内波矢（k||和-k||）的偏振态差异，实现同一侧的非对称辐射。

• 实现的效果：实验制备了层间位移的双层超表面，观测到同侧非对称传输，最大传输差异可达 0.1，验证了 q-BIC 的远场偏振态不对称性，为设计片上激光器、高效耦合器等纳米光学器件提供了新路径。

• 创新点：通过双层超表面的层间位移打破C2旋转对称性和上下镜像对称性，将 BIC 转化为 q-BIC，利用其远场偏振态在动量空间的不对称分布，实现新型单侧非对称辐射（UAR），突破传统 AR 依赖两侧差异的局限，拓展了超表面在非对称光调控中的应用。

• 研究成果以题为 “Unilateral Asymmetric Radiation in Bilayer Metasurfaces” 发表于《Advanced Functional Materials》上。中国科学院物理研究所Junhao Tan为论文第一作者，Ruhao Pan、Bo Wang和Junjie Li为论文共同通讯作者。

• 摘要：通过打破超表面空间对称性实现的不对称辐射（AR）因其丰富的物理内涵和在微纳光学器件中的广阔前景而备受关注。然而，受限于纳米结构的空间可控性，在超表面同一侧实现 AR 仍具挑战性。本文设计了一种由两层六边形晶格纳米柱组成的双层超表面，观测到超表面同一侧的 AR 响应。通过调节层间偏移，超表面支持的连续束缚态（BIC）转变为准 BIC（q-BIC）。同时，具有面内波矢k||和-k||的 q-BIC 远场偏振不同，导致同一侧相反入射角度的光传输不同（T(k||) ≠ T(-k||))，即新型单侧不对称辐射（UAR）。通过层间偏移的双层超表面实验验证了不对称传输，最大差异可达 0.1。该工作揭示了一种新型 AR，为片上激光器、高效耦合器等功能纳米光学器件设计提供了新途径。

• 结论：本文通过两层六边形晶格的双层超表面实现了 UAR，系统讨论了其物理机制和调制策略，即 UAR 源于双层超表面 BIC 在 k 空间远场偏振分布的对称性破缺。层间偏移导致的空间对称性破缺使 k 空间中一对相反倾斜角度的远场偏振态显著不同，从而实现 UAR。模拟和实验均证实了 UAR 的存在，其强度随入射倾斜角度增大而增强，并依赖于层间偏移，400 nm 偏移和 10° 倾斜入射时差异达 0.1。不同谐振器的双层超表面研究表明，UAR 源于双层超表面特殊晶格排列的偏移，而非结构单元的具体构型。该成果带来了一种新型不对称辐射，值得进一步研究以启发一系列新机制和光学器件。

图1：双层超表面的设计与制备。

图2：双层超表面的光学响应。

图3：不同偏移双层超表面的模拟光谱和远场偏振分布。

图4：UAR 的实验验证。