哈工大潘昀路教授团队创新性提出导模晶格共振模型

哈工大全媒体（阚思邈 黄穗楚/文 黄穗楚/图）近日，我校机电工程学院潘昀路教授团队在高品质因数（高Q值）非局域超表面研究方向取得重要进展，创新性提出导模晶格共振模型，成功突破晶格共振超表面在非连续电介质环境中难以实现高Q值的物理瓶颈。相关研究成果以《非连续电介质环境中的高Q值多模态导模晶格共振超表面》（High-Q Multimodal Guided-Surface Lattice Resonances in Index-Discontinuous Environments）为题发表于《自然通讯》（Nature Communications）。该研究为超薄集成纳米光学与光电子器件的研发与发展提供了重要理论支撑。

超表面中的表面晶格共振（SLRs）凭借其高Q值、显著的局域场增强效应及广泛的长程相互作用等独特优势，在亚波长器件领域展现出广阔的应用潜力。然而，当前已有的表面晶格共振超表面仅能在均匀电介质环境中实现高Q值，这一局限极大地制约了其在生物传感器等典型应用领域的推广与落地。

针对这一问题，团队深入探究了非连续电介质环境中表面晶格共振超表面难以实现高Q值的核心理论成因，创新性提出一种导模晶格共振构型。该构型通过将纳米颗粒超晶格嵌入平板波导，借助波导对纳米颗粒远场辐射方向图的精准调控，有效增强纳米颗粒之间的耦合作用，最终在非连续电介质环境中成功实现高Q值导模晶格共振。通过调控波导中导模模态的数量，还可在不改变超晶格构型的前提下，实现多模态共振，为多波长光-物质相互作用的相关研究提供了便捷路径。

此外，研究团队提出了基于导模晶格共振超表面的生物分子检测方法，通过融合导模晶格共振理论与生化反应动力学，构建了导模晶格共振超表面生物传感器的传感数学模型，并在典型生物分子检测实验中验证了该方法的可行性与可靠性，为新型纳米光学生物传感器的研发提供了重要技术指导与实践参考。

导模晶格共振产生原理

导模晶格共振超构表面在生物分子检测中的应用

哈工大机器人技术与系统全国重点实验室为论文第一通讯单位。机电工程学院黄穗楚副研究员为论文第一作者。仪器科学与工程学院丁旭旻教授、机电工程学院赵学增教授、美国得克萨斯大学奥斯汀分校郑跃兵教授、机电工程学院潘昀路教授为论文共同通讯作者。

该项目获国家自然科学基金项目、哈工大机器人技术与系统全国重点实验室自主课题和Temple基金项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71583-w