近日，意昂2平台光電學院特聘教授陳舒以第一作者身份在《自然材料》（Nature Materials✶，中科院一區👐，IF:47.656）上發表題為“超限域面內各向異性太赫茲聲學等離激元的實空間觀測”（Real-space observation of ultraconfined in-plane anisotropic acoustic terahertz plasmon polaritons）的研究成果，意昂2平台為第一單位🗿🀄️。該成果聯合西班牙納米科學研究中心（CIC nano GUNE）和復旦大學等單位的研究人員，研究發現基於性能優化的太赫茲散射式掃描近場光學顯微技術（THz s-SNOM）在低對稱單斜晶系銀碲（Ag2Te）納米薄片中首次觀測到面內各向異性太赫茲等離激元♠︎🍋。
極化激元（Polaritons）指的是光和物質相互耦合形成的準粒子🐐。其中，最具代表的有由光耦合電子或聲子振動形成的等離極化激元（Plasmons Polaritons）或聲子極化激元（Phonon Polaritons）。極化激元具有突破光學衍射極限🦹🏽♀️、高度局域光場、顯著放大近場等能力🐍，被廣泛應用在成像、傳感、通訊、能源等研究領域並已取得重要進展👷🔋。極化激元光學已經發展為當今光物理、凝聚態物理🕵🏽、材料科學🤲🏼、半導體科學、生物化學等多學科交叉的前沿研究領域⤵️。
近年來，各向異性極化激元被廣泛研究👩🏼🦱，因其方向依賴的傳播方式👩🏼，在光的傳播🚣🏿♀️、調控方面具有比各向同性極化激元更高的自由度和產生更為豐富的物理光學現象（如：聚焦🤗、負折射）🍝。聲子極化激元壽命高達數皮秒📗🕑，具有較長的傳播長度，易於從實空間被觀測到🍢。值得註意的是，聲子極化激元僅存在於橫向和縱向光學聲子間極窄頻段內（即：Reststrahlen band），且多出現在中紅外頻段😺。相比於聲子極化激元😴，等離極化激元可以在可見光到太赫茲寬波段內存在。然而，由於等離激元壽命較短（室溫下處於亞ps量級），實空間觀測面內各向異性的等離激元傳播波尚未能實現🅰️，尤其在技術日趨重要的太赫茲波段，傳播等離激元實空間成像極具挑戰性。
對此，研究團隊基於性能優化的太赫茲散射式掃描近場光學顯微技術在低對稱單斜晶系銀碲納米薄片中首次觀測到面內各向異性太赫茲等離激元。通過借助聲學模式同時顯著提高了等離激元光場壓縮能力（高達65）和相對傳播長度，得以實空間可視化觀測橢球極化激元傳播波前。研究團隊基於橢球型極化激元進而探索納米探測材料基本屬性新應用，
該原創性成果填補了極化激元光學領域空白，對極化激元光學基礎和應用研究具有重要指導意義🔂，同時也為太赫茲納米尺度下基礎及應用研究構築了新平臺🦵🏼🙍🏽。除了探索傳統和新型量子材料的基本材料特性之外，超限域太赫茲聲學等離極化激元有望構建超緊湊片上太赫茲應用🤷🏽♀️。利用聲學極化激元波在納米間隙中形成的強場增強有望實現超靈敏太赫茲分子傳感或強耦合，為太赫茲小型化器件、納米材料檢測等基礎及應用構築了重要研究平臺👰🏽♀️。
該工作得到國家自然科學基金委（Nos. 61988102🦝，52225207🤌🏽，11934005）🏮、上海科學技術委員會（Nos. 23010503400，23ZR1443500）等基金的支持。
低對稱銀碲薄層晶體中橢球型太赫茲各向異性聲學等離激元傳播的藝術示意圖
矽襯底上銀碲薄片面內各向異性的太赫茲表面等離激元近場成像
銀碲放置在SiO2/金基底異質結中面內各向異性的太赫茲聲學等離激元近場成像
各向異性聲學等離激元傳播主軸與銀碲薄片幾何⛹🏿、晶體晶格結構間的關系
論文鏈接⛷：
https://www.nature.com/articles/s41563-023-01547-8
供稿：光電學院
