光子技术研究院海外英才创新团队在声子极化激元研究方面取得重要进展

发布单位:人员机构 [2020-05-28 00:00:00] 打印此信息

近日,我校光子技术研究院海外英才创新团队与澳大利亚蒙纳士大学团队合作在声子极化激元研究方面取得重要进展,其最新研究成果“Chemical switching of low-loss phonon polaritons in α-MoO3 by hydrogen intercalation”在Nature Communications杂志(IF=12.19)发表。我校光子技术研究院刘关玉博士后、李向平教授及澳大利亚蒙纳士大学鲍桥梁教授为该论文共同通讯作者,蒙纳士大学材料科学与工程系的在读博士生武英杰和博士后欧清东博士是论文的共同第一作者。

声子极化激元是在入射光的频率和晶格的振荡频率一致时,光和晶格共同的作用衍生出的另外一种波(粒子),是由光子和声子耦合形成的准粒子。声子极化激元损耗低、寿命长并且振动波长往往可以远远小于激发光的波长,在光传输、电光调制、超透镜和分子探测等领域具有广泛应用。声子极化激元的应用通常需要通过改变外在因素(如应力、温度、外部介电常数等)控制极化激元的特性。由于极性晶体都是具有较宽的带隙,因此,通过类似于等离子极化激元的电控方式来控制声子极化激元效果不明显。

近日,我校光子技术研究院海外英才创新团队刘关玉博士后、李向平教授与澳大利亚蒙纳士大学鲍桥梁教授研究组合作报道了一种通过化学过程(氢化)精确调控晶体结构实现纳米级厚α相三氧化钼(α-MoO3)的声子极化激元开关控制的方案。与改变外部介电常数不同,该方案的氢化方法是直接作用于极化材料本身,使得α相三氧化钼的晶格重新排列形成I型氢钼化合物HxMoO3(0.2<0.4),引起声子振荡扰动和声子极化激元传播的可控消减。最有趣的是经过脱氢处理后,晶体结构可以完全恢复到其原始状态,并且不会对晶体造成损害,从而实现低损耗声子极化激元的化学可逆开关(如图b)。通过精确控制氢化时间,在中间状态下获得了能够反射和发射声子极化激元的面内纳米天线结构。此外,通过将氢化插层方法与光刻技术相结合,实现了声子极化激元的面内空间分布控制。该研究方案为有效控制声子极化激元以大规模开发可重构的极化激元器件或拓扑光子结构提供了一种新的途径。

图a,散射式扫描近场光学显微镜测试系统和声子极化激元在H-MoO3/α-MoO3面内传输示意图;b,α相三氧化钼氢化前、氢化后和脱氢后的显微照片和近场光学显微镜幅度图像;c,声子极化激元沿100方向传输的色散数据点及拟合曲线;d, 氢化前和脱氢后声子极化激元的群速度曲线;e, 氢化前和脱氢后声子极化激元的散射幅度曲线;f, 3个可逆氢化周期中声子极化激元的群速度和寿命对比。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-020-16459-3

(光子技术研究院 刘关玉)

责编:李伟苗


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