Robust chirality via merging accidental BICs with net zero topological charge

物理 拓扑(电路) 手性(物理) 角动量 引力奇点 超材料 拓扑量子数 退化(生物学) 极化(电化学) 各向同性 弗洛奎特理论 非线性系统 电介质 圆极化 旋转对称性 平面的 圆二色性 对称(几何) 稳健性(进化) 经典力学 可扩展性 位置和动量空间 拓扑简并 锥面 量子力学 束缚态 半经典物理学 空格(标点符号)
作者
Hui Hu,Chaobiao Zhou,Yukang Zhang,Meng-Xia Hu,Juntian Peng,Huawei Tang,Liang Huang,Jianlong Liu,Chunying Guan,Z. Q. Zhu,Xiaoshuang Chen,Wei Lu,xiangping Li,Zi‐Lan Deng,Guanhai Li,Jinhui Shi,Cheng‐Wei Qiu
出处
期刊:eLight [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:27
标识
DOI:10.1186/s43593-026-00126-z
摘要

Abstract Chiral metasurfaces leveraging bound states in the continuum (BICs) offer a powerful route for enhancing light–matter interactions. However, existing quasi-BIC architectures typically face a fundamental trade-off between high quality (Q) factors and wide-angle chiral operation. Most designs confine strong circular dichroism (CD) to isolated points in momentum space (k-space) and often rely on intricate three-dimensional (3D) meta-atoms, rendering them highly sensitive to fabrication imperfections and angular misalignment. Here, we experimentally realize a planar dielectric metasurface that supports a wide k-domain chirality arising from accidental BICs with a net zero-topological-charge (ZTC). By lifting a Dirac-type degeneracy through controlled in-plane and out-of-plane symmetry breaking, we induce a deterministic topological evolution in which the same-handed circularly polarized (C) points migrate toward and accumulate near the Γ point, while the opposite-handed singularities annihilate or shift to higher k-space. This mechanism delivers record-level performance—an ultrahigh Q-factor (~ 10 4 ), near-unity linear and nonlinear CD (0.99/0.999), and robust angular coverage (| k x P /2π, k y P /2π|< 0.06)—all within a fabrication-friendly, single-layer dielectric platform. These results establish a new regime for chiral photonics, unifying high chiral purity, angular robustness, and topological stability in a scalable planar architecture.
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