近日，國(guo)際頂級期刊《自然》刊發(fa)了華中(zhong)(zhong)科(ke)技(ji)大學(xue)(xue)武漢(han)國(guo)家光(guang)電(dian)研(yan)究中(zhong)(zhong)心(xin)/光(guang)學(xue)(xue)與電(dian)子(zi)信息學(xue)(xue)院李培寧教授和張(zhang)新亮(liang)教授研(yan)究團(tuan)隊(dui)題(ti)為(wei)《Ghost hyperbolic surface polaritons in bulk anisotropic crystals》的研(yan)究論文。李培寧、張(zhang)新亮(liang)教授團(tuan)隊(dui)同新加坡國(guo)立(li)大學(xue)(xue)、國(guo)家納(na)米(mi)科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)(zhong)心(xin)、紐約州立(li)大學(xue)(xue)等單位(wei)合(he)作，突破性證明了傳(chuan)統的雙(shuang)折(zhe)射晶體中(zhong)(zhong)存在“幽靈(ling)”雙(shuang)曲極(ji)(ji)化(hua)激元電(dian)磁(ci)波，該成果革新了極(ji)(ji)化(hua)激元基礎物(wu)理(li)的“教科(ke)書”定(ding)義，對凝(ning)聚態物(wu)理(li)、光(guang)物(wu)理(li)、電(dian)磁(ci)學(xue)(xue)等領域的基礎原創研(yan)究具有重要指導意義。

       極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)光學(xue)(xue)是(shi)當今凝聚(ju)態物理、光物理、材(cai)(cai)料(liao)科學(xue)(xue)等(deng)多學(xue)(xue)科交叉的(de)(de)(de)前沿科學(xue)(xue)領域，也是(shi)我(wo)國(guo)的(de)(de)(de)傳統(tong)優勢研(yan)究(jiu)(jiu)方向之一(yi)。極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)（polaritons）是(shi)光和(he)物質(zhi)強(qiang)耦合作用產生(sheng)的(de)(de)(de)“半(ban)光-半(ban)物質(zhi)”準(zhun)粒(li)子，能(neng)夠(gou)將光場壓縮聚(ju)焦到很小(xiao)的(de)(de)(de)尺度，從(cong)而突(tu)(tu)破衍射極(ji)限(xian)，實(shi)現奇異(yi)的(de)(de)(de)微(wei)納光學(xue)(xue)現象和(he)重要(yao)應用。早在(zai)1951年，我(wo)國(guo)著名半(ban)導體物理學(xue)(xue)家(jia)黃昆(kun)先生(sheng)就提出聲子極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)經典(dian)理論，開(kai)辟(pi)了(le)這一(yi)重要(yao)研(yan)究(jiu)(jiu)方向。隨后，根據材(cai)(cai)料(liao)種(zhong)類(lei)(lei)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)，不(bu)同(tong)性質(zhi)的(de)(de)(de)極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)（如(ru)，激(ji)子極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)、等(deng)離極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)等(deng)）相繼(ji)被發(fa)現。目前，這些(xie)不(bu)同(tong)種(zhong)類(lei)(lei)的(de)(de)(de)極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)一(yi)般(ban)被歸納為兩類(lei)(lei)傳播模(mo)式：沿著材(cai)(cai)料(liao)界面(mian)傳播的(de)(de)(de)表面(mian)模(mo)式（surfacpolaritons）和(he)在(zai)材(cai)(cai)料(liao)內(nei)部傳播的(de)(de)(de)體模(mo)式(volume polaritons)。二者的(de)(de)(de)本質(zhi)區別在(zai)于(yu)垂直材(cai)(cai)料(liao)界面(mian)方向，極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)波矢(shi)為純虛數(shu)（表面(mian)模(mo)式）或(huo)純實(shi)數(shu)（體模(mo)式）。李(li)培寧和(he)張新亮(liang)團(tuan)隊的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)成果突(tu)(tu)破了(le)極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)模(mo)式分類(lei)(lei)的(de)(de)(de)固有認識，證明了(le)在(zai)各向異(yi)性的(de)(de)(de)方解(jie)石晶體中，存(cun)在(zai)第三種(zhong)極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)模(mo)式——“幽靈”雙曲極(ji)化(hua)(hua)激(ji)元(yuan)(yuan)（Ghost hyperbolic polaritons）。 
“幽(you)(you)靈”電磁(ci)波被預測(ce)可產生負折射(she)、超分(fen)辨成(cheng)像等多種(zhong)奇(qi)特(te)(te)現(xian)象，但這種(zhong)特(te)(te)殊電磁(ci)模(mo)式(shi)的(de)存(cun)(cun)在一直沒有得到實驗證明(ming)。李培寧和張新亮(liang)團隊發現(xian)的(de)“幽(you)(you)靈”極(ji)化激元(yuan)是光場壓縮(suo)能力更強的(de)一種(zhong)特(te)(te)殊的(de)亞波長“幽(you)(you)靈”電磁(ci)波。他們發現(xian)教科書中的(de)經(jing)典雙折射(she)材料——方(fang)解石(shi)(shi)晶體(ti)就(jiu)存(cun)(cun)在“幽(you)(you)靈”極(ji)化激元(yuan)。通過理(li)論(lun)預測(ce)及計算，研究團隊發現(xian)當方(fang)解石(shi)(shi)晶體(ti)的(de)光軸和晶體(ti)界面存(cun)(cun)在一定的(de)夾角時，就(jiu)可存(cun)(cun)在“幽(you)(you)靈”雙曲(qu)極(ji)化激元(yuan)。這種(zhong)新型(xing)的(de)極(ji)化激元(yuan)具有面內雙曲(qu)型(xing)色散關系，表現(xian)出強各向異性(xing)(xing)的(de)傳輸特(te)(te)性(xing)(xing)。 

展示(shi)方解石晶體中“幽靈”雙曲極化激元各向異性(xing)傳(chuan)播的(de)示(shi)意圖

      此外(wai)(wai)，研究團隊同時(shi)證明(ming)了能(neng)夠通(tong)過改變雙(shuang)折(zhe)(zhe)射(she)晶(jing)(jing)體(ti)內稟的(de)屬性——光(guang)軸的(de)朝向來調節極(ji)化激元的(de)色散(san)。除了方解(jie)石晶(jing)(jing)體(ti)以外(wai)(wai)，研究團隊也預測例如(ru)石英，氧化鋁(lv)等眾多常見(jian)的(de)雙(shuang)折(zhe)(zhe)射(she)晶(jing)(jing)體(ti)中都(dou)可能(neng)存在這種(zhong)性質優(you)異的(de)“幽靈(ling)”極(ji)化激元。此項研究工作(zuo)也有力證明(ming)了儲(chu)量豐富，可大規(gui)模制備的(de)極(ji)性晶(jing)(jing)體(ti)在微納光(guang)學(xue)領(ling)域具有極(ji)大的(de)應(ying)用潛力，在紅(hong)外(wai)(wai)光(guang)譜傳感(gan)，亞波長信息傳遞，超(chao)分(fen)辨聚(ju)焦成像，納米尺(chi)度(du)輻射(she)調控等諸多方面都(dou)有著重要(yao)的(de)應(ying)用前景。 

相關(guan)產品(pin)：//szdcj.net/show/382.html