圖.a 超表面單元結構的構型和對稱性示意圖;b 完全對齊時樣品的對稱遠場極化分布;c 偏移量為0.4μm樣品的非對稱遠場極化分布;d 偏移量為0.4μm樣品的掃描電子顯微鏡圖，比例尺：1μm;e 偏移量為0.4μm樣品的角分辨透射光譜;f 非對稱輻射強度隨偏移量的變化;g 非對稱輻射強度隨入射角的變化;h 文章封面圖。

非對稱輻射是電磁波在微納尺度亞波長結構(如光子晶體、超表面等)中相反傳播方向上表現出的振幅和相位差異性，通過打破光學超表面空間對稱性實現的非對稱輻射因其豐富的物理內涵和在微納光學器件中的廣闊前景而備受關注。然而，通常光學超表面實現的非對稱輻射表現為器件兩側的輻射差異，而受限于納米結構的空間可控性，在超表面同一側實現非對稱輻射仍頗具挑戰性，亟需系統的機制探討和創新的調制策略，推動非對稱輻射在微納光學領域的發展。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心微加工實驗室李俊杰團隊長期聚焦于微納光子學器件加工、設計及功能集成方面的研究，并在主動調控超透鏡(Nat. Commu. 2023)、可編碼光子路由超表面(Aad. Funct. Mater. 2024)、內稟雙折射手性超表面(Phy. Rev. Lett. 2025)等方面取得重要進展。最近，該團隊在雙層超表面的設計和可控加工上開展研究，利用對準套刻工藝獲得了層間距、層間偏移等雙層結構的特征結構參數的精確控制，為實現單側非對稱輻射的超表面奠定了基礎。

基于雙層納米結構的套刻加工工藝，團隊設計并加工了一種兩層結構完全相同的雙層超表面，每層結構均由二氧化鈦納米圓盤按照六方晶格排列構成，每層結構都具有面內C2對稱性(圖a)。理論分析表明，通過偏移同時打破雙層超表面的面外鏡面對稱性和面內C2對稱性，實現對于動量空間中遠場偏振態的調控，面內波矢k||和-k||在動量空間從相同的遠場偏振態(圖b)變為不同(圖c)，表現為位于雙層超表面同側，相反角度入射時的光輻射差異，即單側非對稱輻射。制備的雙層超表面樣品(圖d)，在角分辨微區光譜儀測試中成功觀察到單側非對稱輻射現象(圖e)。定義相反角度入射時的透射率差為單側非對稱輻射強度，進一步分析了單側非對稱輻射強度隨偏移量(圖f)和入射角度(圖g)的變化趨勢。在x方向偏移量為0.4μm，入射角度為±10°時，獲得最大單側非對稱輻射強度為0.1。團隊所提出的單側非對稱輻射機制，本質上是通過打破對稱性，調控其遠場偏振態，實現相對角度光輻射的差異，是對非對稱輻射類型和調控方法的重要補充，有助于一系列納米光學器件如單向激光發射器的設計。

該工作以“Unilateral Asymmetric Radiation in Bilayer Metasurfaces”為題，于2025年4月24日發表在《Advanced Functional Materials》上，并被選為Inside Front Cover(圖h)。微加工實驗室碩士生譚俊豪為第一作者，李俊杰研究員、潘如豪和王博副研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院基礎研究領域青年團隊計劃和北京市科技計劃等項目及懷柔綜合極端條件實驗裝置的支持。

審核編輯 黃宇