OET | 双q-BIC协同增强：钙钛矿超表面实现深低温激光制冷新方案【暨南大学李向平教授团队】

针对固态激光制冷中“泵浦吸收不足、辐射效率受限”的关键难点，暨南大学物理与光电工程学院李向平教授、秦飞教授及其团队，联合北京邮电大学张天悦副教授团队，基于卤化物钙钛矿超表面提出“双q-BIC共振协同增强”的激光冷却新策略，该工作近期以 “Dual quasi-BIC resonances synergized laser cooling in halide perovskite metasurface” 为题发表在卓越行动计划高起点新刊Opto-Electronic Technology。

图1 双波段 q-BIC 钙钛矿超表面激光制冷的示意图

研究通过精确设计MAPbBr₃钙钛矿纳米盘阵列的非对称位移，在单一超表面结构中同时激发了两个独立调控的q-BIC（quasi-bound states in the continuum，准连续域束缚态）共振模式：长波长模式（625 nm）与材料吸收边带精准匹配，用于显著增强泵浦光的吸收；短波长模式（540 nm）与材料光致发光峰位对齐，并借助 Purcell 效应提升辐射复合速率，从而实现对“吸收-发光”两环节的同步优化，为提升激光制冷效率提供了新的结构化思路。基于载流子动力学模型与热力学分析，作者表明该结构在连续激光激发下可实现高达 98.8% 的外部量子效率，满足并显著高于反斯托克斯荧光制冷所需的阈值条件。热力学模拟仿真显示，这种双共振协同带来的增益可使钙钛矿超表面在室温起始条件下实现净制冷，最低预测温度达到 −201°C（低于液氮温区）。

图2 双波长q-BIC形成机制示意图

图3 薄膜、对称 BIC 超表面与双 q-BIC 超表面的吸收/辐射增强特性及对应制冷效果，显示双 q-BIC 设计可获得最深的净制冷温降

该成果的突出意义在于，它证明了通过精细的共振与光谱匹配设计，可以在不改变材料体系的前提下更充分释放钙钛矿的光学制冷潜力，为无机械、低振动干扰的深低温固态制冷提供了可集成的实现路径。同时，双q-BIC的设计思路为纳米光子学与热管理的交叉研究提供了可迁移的结构化原则，并有望推广至其他高折射率介质体系。面向应用，该技术未来可服务于高密度集成光子电路、量子光子器件及空间探测等对振动敏感且亟需微型化温控的场景，为极端环境下的热管理提供新的解决方向。