(相关资料图)
如何高效地增强光与物质相互作用，是一个关键的科学问题。利用声子极化激元，来自国家纳米科学中心等单位的研究人员，成功开辟纳米尺度操控光与物质相互作用的新路径，对单光子源和单分子探测的未来应用至关重要。相关研究成果2月23日在线发表于《自然·纳米技术》杂志。
为了更精确地操控光与物质相互作用，科学家构筑了各种光腔结构。其中，回音壁光学微腔被科研人员寄予厚望，它可以将光场束缚在其表面进行极低散射的共振传输。“将回音壁光学微腔缩小到纳腔水平，理论上讲，可以极大提高光与物质相互作用的能力。但是常规的中红外频段的光是微米级的，其尺度远大于纳腔尺寸，没法‘塞入’纳腔。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心研究员戴庆打了个比方，这就好像孙悟空的金箍棒在正常尺寸下难以塞入耳中。
声子极化激元是一种存在于极性晶体表界面上的特殊电磁模式。它可以实现高效的光场压缩和能量聚焦，调控纳米尺度光传输的方向。“有一天，我们突发奇想，是否可以利用双曲型的声子极化激元束缚住微米级的光波，将其‘塞入’回音壁纳腔中，从而实现对光的操控。”论文共同第一作者郭相东博士说。
此次，戴庆课题组与合作者精心筛选出天然原子级光滑的纳腔：一维六方氮化硼纳米管体系。利用近场光学方法，他们首先在氮化硼纳米管中观测到了双曲回音壁模式，并进一步与北京大学高鹏教授团队合作，利用电子激发手段获得双曲回音壁模式的变化规律，从而在实验上展现了双曲回音壁模式在纳腔中的共振传输过程。
“我们把微米级中红外光场压缩，最终放到直径亚十纳米的回音壁纳腔中进行传输，在提高光与物质相互作用的能力方面有了进一步的突破。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心研究员杨晓霞解释，这犹如孙悟空把金箍棒变小，放入了小小的耳洞中，“该方法展现了惊人的光操控能力。”
对此，杨晓霞表示，这项研究在纳腔中观测到双曲极化激元回音壁模式，实现了纳米自然材料和双曲光学的完美融合，为研究一维材料极化激元提供了新的研究思路。
关键词： 光与物质 增强光与物质相互作用 声子极化激元 单光子源和单分子探测
