我国在超低消耗的声子极化激元方面获得新进展

纳米光子学是在纳米标准上研究光和物资彼此感化的交叉学科，在光电子、消息、材料物理和生物传感等诸多范畴都具有主要意义。极化激元是纳米光子学的主要构成部门，它是由自在空间光子和电子、声����APP子、激子等极化电荷杂化发生的准粒子，在冲破保守光学的衍射限制，实现光子的亚波长调控，加强光与物资彼此感化等方面阐扬了庞大感化。最近几年来呈现的二维材料，极年夜地丰硕了极化激元的材料范围，给极化激元的成长带来了新的活力。对极化激元来讲，寿命和可调谐性是其走向更普遍利用的要害，长命命的极化激元可以或许增进根本光子器件的机能，丰硕的调谐机能够加强光子器件的把持性。比来在自然双曲材料α-MoO3中发觉了面内双曲的声子极化激元，这为纳米标准的光子把持供给了新路子。虽然已报导的α-MoO3的声子极化激元的光学消耗已比概况等离激元小很多，但为实现更普遍的极化激元利用，需要不竭摸索新方式来下降其声子极化激元的光学消耗。天然环境下，16O在α-MoO3中的品貌为99.7%，单位素品貌很高。但是，Mo元素有7种不变的同位素：92Mo、94Mo、95Mo、96Mo、97Mo、98Mo和100Mo，每种元素的品貌散布在9% - 24%之间。这七种分歧的Mo同位素形成Mo元素散布较为紊乱，致使自然α-MoO3中声子极化激元显著的光学消耗。

为了下降α-MoO3中声子极化激元的光学消耗，中国科学院物理研究所/北京凝集态物理国度研究中间L04组陈佳宁研究员和N04组鲍丽宏副研究员合作。操纵化学气相输运的体例发展了高质量的92Mo和100Mo同位素富集的α-92MoO3和α-100MoO3二维原子晶体。操纵散射式扫描近场光学显微镜对自然和Mo同位素富集的α-MoO3中的声子极化激元进行实空间成像，揭露了Mo同位素富集的α-MoO3在室温下撑持超低消耗的声子极化激元，其寿命由8 ps（自然α-MoO3，Nature 2018, 562, 557-562）年夜年夜提高到13.9 ps，这和由拉曼光谱反应的Mo同位素富集的α-MoO3中有更长的声子寿命（更窄的Ag2声子峰）是分歧的。研究还发觉，作为一种新的自在度，对Mo元素原子质量的节制能够有用地调理α-MoO3声子极化激元的Reststrahlen带，为声子极化激元的节制供给了新的把持手段。以上研究注解，Mo同位素富集有用下降了α-MoO3晶体中声子极化激元的光学消耗，为制造超低消耗的极化激元器件供给了潜伏的候选者。

相干工作近期以“Ultralow-loss phonon polaritons in the isotope-enriched α-MoO3”为题颁发在Nano Letters上，上述研究工作获得了科技部重点研发打算、国度天然科学基金、中国科学院计谋性先导科技专项、中国科学院青年立异增进会、北京市天然科学基金和中国博士后科学基金的帮助。物理研究所L04组博士研究生赵永潜为第一作者，鲍丽宏副研究员和陈佳宁研究员为配合通信作者。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03742

图1 自然和Mo同位素富集的α-MoO3晶体的布局表征

图2 分歧α-MoO3晶体中声子极化激元的近场红外成像和光学消耗比力。

图3 分歧α-MoO3晶体中面内椭圆和双曲的声子极化激元和其色散

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