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北京大学物理学院高鹏与合作者利用声子极化激元实现皮米级形变高灵敏探测
2 小时前
1951年，物理学家黄昆提出黄方程，描述了长波光学振动、宏观极化与电磁场的耦合，为声子极化激元奠定了理论基础，成为后续研究的基石。70余年后，纳米科技兴起，一个核心问题是：当声子极化激元被限域于纳米尺度时，其光-物质耦合特性会涌现哪些新行为？能否为新技术与应用提供关键线索？声子极化激元是光子与极性晶体中光学声子强耦合形成的准粒子，能将光场压缩至深亚波长尺度，突破传统光学衍射极限。在纳米尺度下，其光-物质耦合特性展现出多种新行为：一是超低损耗与长寿命，通过Mo同位素富集，α-MoO3中声子极化激元寿命显著提升，为超低损耗极化激元器件提供候选；二是动态调控与可重构性，通过电学、构建异质结构等手段，可实现对声子极化激元传播行为的动态调控，如利用石墨烯与α-MoO3异质结实现极化激元等频色散轮廓的拓扑转变，以及通过电学重构布洛赫模式，展示动态可调谐纳米光子器件的应用潜力；三是高灵敏度传感，利用声子极化激元对周围环境的敏感性，可实现皮米级形变的高灵敏度探测，如基于STEM-EELS技术，利用声子极化激元频移实现皮米传感，为探测埋藏界面、二维材料异质结及量子器件的原子级力学行为提供新手段。这些新行为为纳米光子学、集成光电子学及太赫兹技术等领域的发展提供了关键线索，推动了片上传感器、超高速光通信调制器等新技术的开发。
