北理工團隊在天然雙曲等離激元調(diào)控方面取得重要進展
發(fā)布日期：2023-09-12 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
日前，北京理工大學物理學院姚裕貴教授團隊王沖特別研究員與復旦大學物理系的晏湖根教授團隊、南京大學物理學院宋鳳麒教授團隊合作,，通過化學摻雜、溫度手段對WTe2薄膜中等離激元的光學拓撲相變實現(xiàn)寬光譜范圍調(diào)控,，為可重構(gòu)光子學器件的研究提供重要基礎(chǔ),。相關(guān)研究題目為Tunable optical topological transitions of plasmon polaritons in WTe2 van der Waals films，成果被發(fā)表在光學頂級期刊《Light: Science & Applications》上（影響因子19.4）,。
雙曲極化激元指的是一類等頻線為雙曲線的光與物質(zhì)集體振蕩模式,。與傳統(tǒng)的各向同性極化激元不同，雙曲極化激元具有發(fā)散的動量,、極高的光學態(tài)密度以及沿面內(nèi)特定方向傳播的特性,，在亞波長分辨與成像、增強自發(fā)輻射等領(lǐng)域具有重要的應用價值,。在自然界中的二維材料天然存在面內(nèi)雙曲極化激元,，例如，WTe2中的雙曲等離激元,，MoO3,、V2O5中的雙曲聲子激化激元等。雖然雙曲聲子極化激元的調(diào)控研究取得了一系列突破性進展,，然而聲子作為晶格的集體振蕩模式很難在大頻譜范圍實現(xiàn)調(diào)控,。另外，遠紅外波段雙曲區(qū)間的調(diào)控鮮有報道,。一方面,，受限于激光光源的頻段，近場光學技術(shù)（SNOM）較難表征位于遠紅外波段的雙曲極化激元,。另一方面,，傳統(tǒng)的遠場光學方法雖然可以探測遠紅外波段，但是缺少高效可靠的表征雙曲區(qū)間的方法,。因此,，尋找一種更加方便、準確的遠紅外雙曲極化激元特性表征手段迫在眉睫,。
針對以上問題,，研究人員發(fā)現(xiàn)各向異性二維材料中傾斜條帶陣列的局域表面等離激元具有獨特的偏振依賴特性。等離激元共振強度最強的偏振方向可以表征等離激元的拓撲性（圖1）,。因此提供了一種準確,、便捷判斷雙曲區(qū)間的遠場判定方法?；谠摫碚鞣椒?，研究人員通過Mo元素摻雜和變溫的方式（圖2,，圖3），實現(xiàn)了WTe2雙曲等離激元的超寬頻段調(diào)控,，將其雙曲區(qū)間在頻率范圍擴展了3.1倍,。這些發(fā)現(xiàn)為雙曲極化激元的調(diào)控提供了新維度，為可重構(gòu)光子學器件的研究鋪平了道路,。
物理學院姚裕貴團隊的王沖特別研究員為通訊作者,。上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和北京理工大學青年教師學術(shù)啟動計劃的資助,。
圖1. WTe2等離激元強度最大值偏振角度隨能量變化,。在橢圓區(qū)間（<460cm-1）為負值，雙曲區(qū)間（>460cm-1）為正值,。
圖2. Mo元素摻雜對WTe2雙曲等離激元的調(diào)控,。
圖3. 溫度對WTe2雙曲等離激元的調(diào)控。
文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41377-023-01244-w
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