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如何高效地增強光與物質(zhì)相互作用，是一個關(guān)鍵的科學(xué)問題。利用聲子極化激元，來自國家納米科學(xué)中心等單位的研究人員，成功開辟納米尺度操控光與物質(zhì)相互作用的新路徑，對單光子源和單分子探測的未來應(yīng)用至關(guān)重要。相關(guān)研究成果2月23日在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》雜志。

為了更精確地操控光與物質(zhì)相互作用，科學(xué)家構(gòu)筑了各種光腔結(jié)構(gòu)。其中，回音壁光學(xué)微腔被科研人員寄予厚望，它可以將光場束縛在其表面進行極低散射的共振傳輸。“將回音壁光學(xué)微腔縮小到納腔水平，理論上講，可以極大提高光與物質(zhì)相互作用的能力。但是常規(guī)的中紅外頻段的光是微米級的，其尺度遠大于納腔尺寸，沒法‘塞入’納腔。”論文共同通訊作者、國家納米科學(xué)中心研究員戴慶打了個比方，這就好像孫悟空的金箍棒在正常尺寸下難以塞入耳中。

聲子極化激元是一種存在于極性晶體表界面上的特殊電磁模式。它可以實現(xiàn)高效的光場壓縮和能量聚焦，調(diào)控納米尺度光傳輸?shù)姆较颉！坝幸惶欤覀兺话l(fā)奇想，是否可以利用雙曲型的聲子極化激元束縛住微米級的光波，將其‘塞入’回音壁納腔中，從而實現(xiàn)對光的操控。”論文共同第一作者郭相東博士說。

此次，戴慶課題組與合作者精心篩選出天然原子級光滑的納腔：一維六方氮化硼納米管體系。利用近場光學(xué)方法，他們首先在氮化硼納米管中觀測到了雙曲回音壁模式，并進一步與北京大學(xué)高鵬教授團隊合作，利用電子激發(fā)手段獲得雙曲回音壁模式的變化規(guī)律，從而在實驗上展現(xiàn)了雙曲回音壁模式在納腔中的共振傳輸過程。

“我們把微米級中紅外光場壓縮，最終放到直徑亞十納米的回音壁納腔中進行傳輸，在提高光與物質(zhì)相互作用的能力方面有了進一步的突破。”論文共同通訊作者、國家納米科學(xué)中心研究員楊曉霞解釋，這猶如孫悟空把金箍棒變小，放入了小小的耳洞中，“該方法展現(xiàn)了驚人的光操控能力。”

對此，楊曉霞表示，這項研究在納腔中觀測到雙曲極化激元回音壁模式，實現(xiàn)了納米自然材料和雙曲光學(xué)的完美融合，為研究一維材料極化激元提供了新的研究思路。

關(guān)鍵詞： 相互作用 極化激元 科學(xué)中心 共同通訊 第一作者