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William威廉亚洲-光电学院特聘教授陈舒研究结果在国际顶尖期刊《Nature Materials》上发表

  

近日，光电学院结合西班牙CIC nano GUNE及复旦年夜学等单元的研究职员基在性能优化的THz s-SNOM于低对于称单斜晶系Ag2Te纳米薄片中初次不雅测到面内各向异性太赫兹等离激元。该研究结果以“超限域面内各向异性太赫兹声学等离激元的实空间不雅测”（Real-space observation of ultraconfined in-plane anisotropic acoustic terahertz plasmon polaritons）为题发表于国际顶尖期刊《Nature Materials》（《天然质料》，中科院一区，影响因子47.656）。上海理工年夜学为第一单元，陈舒特聘教授为论文第一作者。

图1. 低对于称Ag2Te薄层晶体中椭球型太赫兹各向异性声学等离激元流传的艺术示用意

极化激元（Polaritons）指的是光及物资相互耦合形成的准粒子。此中，最具代表的有由光耦合电子或者声子振动形成的等离极化激元（Plasmons Polaritons）或者声子极化激元（Phonon Polaritons）。极化激元具备突破光学衍射极限、高度局域光场、显著放年夜近场等能力，被广泛运用于成像、传感、通信、能源等研究领域并已经取患上主要进展。极化激元光学已经经生长为现今光物理、凝结态物理、质料科学、半导体科学、生物化学等多学科交织的前沿研究领域。

最近几年来，各向异性极化激元被广泛研究，因其标的目的依靠的流传方式，于光的流传、调控方面具备比各向同性极化激元更高的自由度及孕育发生更为富厚的物理光学征象（如：聚焦、负折射）。自2018年以来，面内各向异性的声子极化激元已经经陆续于α-MoO3，α-V2O5，CaCO3以和β-GaO中被不雅测到。声子极化激元寿命高达数皮秒，具备较长的流传长度，William威廉亚洲-易在从实空间被不雅测到。值患上留意的是，声子极化激元仅存于在横向及纵向光学声子间极窄频段内（即：Reststrahlen band），且多泛起于中红外频段。

相比在声子极化激元，等离极化激元可以于可见光到太赫兹宽波段内存于。然而，因为等离激元寿命较短（室温下处在亚ps量级），实空间不雅测面内各向异性的等离激元流传波还没有能实现。

特别于技术日益主要的太赫兹波段，流传等离激元实空间成像极具挑战性。重要缘故原由一方面等离激元寿命类似为太赫兹光场的一个时间震荡周期；另外一方面太赫兹散射式扫描近场光学显微技术（scattering type scanning near-field microscopy, s-SNOM，当前典型的近场探测技术）受太赫兹辐射源、探测器、AFM探针技术等限定，仪器性能远低在技术生长成熟的中红外s-SNOM。

研究团队基在性能优化的THz s-SNOM于低对于称单斜晶系Ag2Te纳米薄片中初次不雅测到面内各向异性太赫兹等离激元（图2，3）。经由历程借助声学模式同时显著提高了等离激元光场压缩能力（高达65

）及相对于流传长度（为极化激元流传长度，为极化激元波长），患上以实空间可视化不雅测椭球极化激元流传波前（图4）。研究团队基在椭球型极化激元进而摸索纳米探测质料基本属性（包罗：各向异性电子有用质量及损耗因子）新运用。该原创性结果弥补了极化激元光学领域空缺，对于极化激元光学基础及运用研究具备主要引导意义，同时也为太赫兹纳米尺度下基础和运用研究修筑了新平台。

图2. 硅衬底上Ag2Te薄片面内各向异性的太赫兹外貌等离激元近场成像。

图3. Ag2Te-SiO2-Au异质结中面内各向异性的太赫兹声学等离激元近场成像。

图4. 各向异性声学等离激元流传主轴与Ag2Te薄片几何、晶体晶格结构间的瓜葛。

除了了摸索传统及新型量子质料的基本质料特征以外，超限域太赫兹声学等离极化激元有望构建超紧凑片上太赫兹运用。使用声学极化激元波于纳米间隙中形成的强场增强有望实现超敏捷太赫兹份子传感或者强耦合，为太赫兹小型化器件、纳米质料检测等基础和运用修筑了主要研究平台。

该事情获得国家天然科学基金委（Nos. 61988102，52225207，11934005）、上�？蒲Ъ际跷被幔∟os. 23010503400，23ZR1443500）等基金的撑持。

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41563-023-01547-8

-William威廉亚洲-。