近日，国际顶级期刊Nature子刊《Nature Communications》（IF：15.7，中科院一区，TOP期刊）在线发表我校物理与信息工程学院吴平辉教授团队与合作者的研究论文“Helicity-selective and Spectrally Tunable Chiral Thermal Emissions”。吴平辉教授、新加坡国立大学仇成伟教授和山东师范大学韩张华教授为论文共同通讯作者；山东师范大学博士生孙开礼为论文第一作者。
热辐射是自然界中普遍存在的现象，但传统的黑体辐射通常是宽带、非相干且无偏振的，这使其在红外传感和高分辨率成像等先进光子学领域的应用受到限制。随着纳米光子学，特别是超构表面和光子晶体的发展，科学家们逐渐能够在亚波长尺度上精准操控热辐射的相位、振幅和偏振，从而拓宽了其应用范围。其中，实现圆偏振热发射对于圆二色性光谱分析、偏振编码通信等领域至关重要。然而，现有的圆偏振热发射器大多是静态设计，缺乏光谱调谐和偏振态重构的能力。此外，主动调节波长以匹配吸收特征或补偿制备偏差，以及对热发射旋性进行动态调控，都是提升系统性能和实现精确传感的关键。
该研究提出了一种各向异性热超表面，通过在金属-介质-半导体结构中引入晶格微扰和镜像对称性破缺，成功将导模折叠到连续域内，形成了一对具有高Q值和高发射圆二色性的相反手性准导模。利用这些高Q共振模式对折射率变化的敏感性，在目标波长处实现了高效热发射的旋性切换。这一机制仅依赖于热发射所需的高温，无需外部电学或机械驱动。实验结果表明，在250 K的温度变化范围内，实现了接近100 nm的旋性反转光谱调谐，并展示了高时间相干性（Q>150）和强圆二色性（>0.8）。此外，研究还揭示了通过简单的几何微扰和主动热光调制，能够实现全偏振态的动态切换。该研究为实现单片集成、无需外部驱动的异构体传感和热光子逻辑运算和信息传递等开辟了实际应用的途径。（物理与信息工程学院、人事处、科研处）