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極化激元是實現(xiàn)納米尺度光操控的新思路。23日，記者從國家納米科學(xué)中心獲悉，我國科研人員在I型雙曲天然材料上觀測到聲子極化激元的反向切倫科夫輻射。他們研究發(fā)現(xiàn)，通過改變帶電粒子在材料表面的運動方向，可以不對稱地重塑反向切倫科夫輻射的分布，從而獲得不受激發(fā)源干擾且方向可控的納米光源。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

所謂切倫科夫輻射，是指當(dāng)帶電粒子以快于材料中的光速掠過該材料時在其中產(chǎn)生的電磁輻射。反向切倫科夫輻射可以有效地將輻射光與快速運動的帶電粒子分離，從而提高光源的信噪比和靈敏度。因此，反向切倫科夫輻射在生物成像、光通信、光譜學(xué)和傳感器等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。

極化激元反向切倫科夫輻射的示意圖。受訪者供圖

“前期已有報道在超構(gòu)材料中獲得了微波頻段的反向切倫科夫輻射，但隨著頻率提升該結(jié)構(gòu)電磁損耗呈指數(shù)上升，如何獲得紅外頻段的反向切倫科夫輻射仍是挑戰(zhàn)。”論文共同通訊作者、國家納米科學(xué)中心研究員楊曉霞介紹。

近年來，國家納米科學(xué)中心戴慶課題組在六方氮化硼和氧化鉬等雙折射晶體中發(fā)現(xiàn)了低損耗雙曲聲子極化激元。這種雙曲聲子極化激元在中紅外頻段內(nèi)具有負(fù)群速度色散的特性，可以大幅減慢介質(zhì)內(nèi)光的傳播速度，有利于降低激發(fā)反向切倫科夫輻射所需的帶電粒子速度閾值。

此次，研究團隊在天然氧化鉬I型雙曲頻帶上觀測到聲子極化激元反向切倫科夫輻射現(xiàn)象，也就是由沿金屬納米線傳輸?shù)牡入x激元來激發(fā)聲子極化激元反向輻射傳輸。更重要的是，他們發(fā)現(xiàn)，通過原子制造技術(shù)構(gòu)筑氧化鉬和六方氮化硼范德華異質(zhì)結(jié)，能夠進一步調(diào)控反向切倫科夫輻射的角度和品質(zhì)因子，從而提升納米光源的品質(zhì)。

戴慶表示，這項研究有望為解決光頻段反向切倫科夫輻射高效激發(fā)的難題提供新思路，并為實現(xiàn)光電融合提供重要材料平臺。

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