《iScience》：Wavelength-tunable high-Q circular dichroism based on the hybrid chiral phase-change metasurface
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传统手性超表面一旦制备功能即固定，难以满足动态场景需求。Zhou等将GeSbTe（GST）相变材料与介质手性超表面耦合，构建出支持手性准BIC的杂化结构，实现波长可调的高Q圆二色性（CD）。通过热/电/光触发GST非易失相变，CD共振可在2.528–2.654 μm连续调谐，Q因子最高达387 570。该研究为手性传感、主动圆偏振器及可调非线性增强提供了可重构平台。
自然界的手性分子对左、右圆偏振光的响应极其微弱，原因在于光波长与分子尺寸失配，导致圆二色性（CD）信号难以捕捉。过去十年，人们借助金属或介质超表面把三维“螺旋”压成二维平面，通过破坏面内镜面对称，把CD提升几个数量级。然而，这些结构一旦光刻成型，工作波长和强度便“一锤定音”，面对复杂多变的传感、通信或成像需求只能“望洋兴叹”。能否让手性光学器件像电子芯片一样“可重写”？中国计量大学与南京大学、新加坡科技设计学院联合团队把目光投向相变材料——GeSbTe（GST）。GST在室温下为非晶态，160 °C即可转为晶态，折射率实部与虚部同时跃升，且可通过电脉冲或激光可逆切换，被誉为“光子学存储器”。将其与硅基手性超表面“缝合”，是否就能实现“一键换挡”的高Q手性共振？这项发表于《iScience》的研究给出了肯定答案。
为回答“如何动态调谐高Q手性共振”这一核心问题，作者设计并理论验证了一种杂化手性相变超表面：硅与GST共同构成L形纳米柱，阵列排布于石英衬底。通过改变几何参数w（L形短臂宽度）可同时破坏面内镜像与反演对称，把原本“暗态”的束缚态在连续谱（BIC）拉成“亮态”手性准BIC，从而在近红外波段产生极窄的CD峰。随后，借助GST相变带来的折射率变化，实现共振波长的大范围、可逆、非易失调谐。
研究主要采用以下关键技术：①基于COMSOL Multiphysics 5.6的有限元电磁仿真，使用Floquet周期边界与完美匹配层，计算透射/反射光谱、电磁场分布及本征频率；②通过参数扫描获取能带结构与Q因子，区分对称保护BIC与对称破缺准BIC；③利用Lorentz-Lorentz关系计算GST中间态介电常数，模拟部分晶化过程；④多极分解验证Mie共振与磁偶极贡献；⑤系统研究几何参数（w、l、h、h、周期p）对CD线宽、峰位及Q值的影响。
研究结果
杂化手性相变超表面设计与静态CD响应
当GST处于非晶态，LCP光在2.528 μm处透射率高达0.9，RCP仅0.12，CD = T ? T = ?0.78，表现出强烈手性选择。反射谱亦呈现同样趋势，说明结构兼具透射与反射式手性滤波功能。
GST相变驱动的波长可调性
随着GST从非晶→半晶→晶态，CD共振从2.528 μm红移至2.654 μm，调谐范围124 nm；同时峰值由?0.78降至?0.65，归因于晶态吸收损耗增加。电磁场分布显示，晶化后局域场强下降，与损耗增加一致。
几何参数w调控Q因子与手性准BIC
逐步缩减w，L形趋近矩形，面内对称性恢复，CD线宽急剧收窄。w = 100 nm时，Q因子升至387 570；w = 0 nm时结构完全对称，CD消失，共振回归对称保护BIC。该趋势在透射与反射中同步出现，证实准BIC是线宽收窄的根源。
能带分析与对称性破缺
能带计算显示，矩形结构（w = 0）在Γ点存在Q→∞的TM-like BIC；引入w ≠ 0打破C对称，BIC转为可激发的准BIC，Q随w增大而下降，波长蓝移，与CD实验趋势吻合。
其他几何参数与T形结构拓展
缩短l、增加h或h均使CD红移；周期p增大亦导致红移但线宽几乎不变。作者进一步设计T形杂化超表面，同样通过w破缺对称，实现2.474–2.576 nm的可调CD峰，验证了“相变+准BIC”策略的普适性。
结论与讨论
该工作首次将GST相变与介质手性准BIC结合，突破金属结构欧姆损耗导致的低Q瓶颈，在红外波段实现波长可调、Q值近4×10的CD共振。通过单一几何参数w即可在“高Q弱CD”与“低Q强CD”间自由切换，兼具相变非易失、可电/光/热触发的优点，为手性传感、圆偏振片、可调谐激光与非线性增强提供了可重构平台。尽管实验制备尚未完成，作者已给出磁控溅射+电子束曝光+ICP刻蚀的清晰工艺路线，预计样品验证将很快跟进。未来若改用更低损耗的相变材料（如GeSbSeTe或SbS），Q值与调谐范围有望进一步提升，推动主动手性光学器件走向实用。
