Förster resonance energy transfer (FRET), driven by dipole–dipole interactions (DDIs), is widely utilized in chemistry, biology, and nanophotonics. However, conventional FRET is ineffective at donor–acceptor distances exceeding 10 nm and measurements suffer from low signal-to-noise ratios. In this study, we demonstrate significant FRET enhancement and extended interaction distances under ambient conditions by utilizing a bound state in the continuum (BIC) mode within a dielectric metasurface cavity. This enhancement is achieved by leveraging the ultrahigh quality factors, minimal material absorption, and nonlocal effects associated with the BIC mode. Spectrally and angularly resolved photoluminescence (PL) lifetime measurements reveal that the BIC mode significantly increases the FRET rate and interaction distance. The FRET rate is enhanced by up to 70-fold, and the interaction distance is significantly boosted by over an order of magnitude, reaching ∼100 nm. These findings offer valuable insights for achieving long-range, high-efficiency FRET and collective DDIs using loss-less dielectric metasurfaces.

中文翻译：

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在 Continuum 中通过束缚态释放巨大的 Förster 共振能量转移


由偶极子-偶极子相互作用 （DDI） 驱动的 Förster 共振能量转移 （FRET） 广泛用于化学、生物学和纳米光子学。然而，传统的 FRET 在超过 10 nm 的供体-受体距离上无效，并且测量信噪比低。在这项研究中，我们通过在介电超表面腔内利用连续体中的束缚态 （BIC） 模式，展示了在环境条件下显着的 FRET 增强和扩展的相互作用距离。这种增强是通过利用与 BIC 模式相关的超高质量因子、最小材料吸收和非局部效应来实现的。光谱和角度分辨的光致发光 （PL） 寿命测量表明，BIC 模式显著提高了 FRET 速率和相互作用距离。FRET速率提高了70倍，相互作用距离显著增加了一个数量级以上，达到∼100 nm。这些发现为使用无损介电超表面实现长距离、高效的 FRET 和集体 DDI 提供了有价值的见解。