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極化激元是實現納米尺度光操控的新思路。23日，記者從國家納米科學中心獲悉，我國科研人員在I型雙曲天然材料上觀測到聲子極化激元的反向切倫科夫輻射。他們研究發現，通過改變帶電粒子在材料表面的運動方向，可以不對稱地重塑反向切倫科夫輻射的分布，從而獲得不受激發源干擾且方向可控的納米光源。相關研究成果發表于《自然·通訊》雜志。

所謂切倫科夫輻射，是指當帶電粒子以快于材料中的光速掠過該材料時在其中產生的電磁輻射。反向切倫科夫輻射可以有效地將輻射光與快速運動的帶電粒子分離，從而提高光源的信噪比和靈敏度。因此，反向切倫科夫輻射在生物成像、光通信、光譜學和傳感器等領域具有重要應用潛力。

極化激元反向切倫科夫輻射的示意圖。受訪者供圖

“前期已有報道在超構材料中獲得了微波頻段的反向切倫科夫輻射，但隨著頻率提升該結構電磁損耗呈指數上升，如何獲得紅外頻段的反向切倫科夫輻射仍是挑戰。”論文共同通訊作者、國家納米科學中心研究員楊曉霞介紹。

近年來，國家納米科學中心戴慶課題組在六方氮化硼和氧化鉬等雙折射晶體中發現了低損耗雙曲聲子極化激元。這種雙曲聲子極化激元在中紅外頻段內具有負群速度色散的特性，可以大幅減慢介質內光的傳播速度，有利于降低激發反向切倫科夫輻射所需的帶電粒子速度閾值。

此次，研究團隊在天然氧化鉬I型雙曲頻帶上觀測到聲子極化激元反向切倫科夫輻射現象，也就是由沿金屬納米線傳輸的等離激元來激發聲子極化激元反向輻射傳輸。更重要的是，他們發現，通過原子制造技術構筑氧化鉬和六方氮化硼范德華異質結，能夠進一步調控反向切倫科夫輻射的角度和品質因子，從而提升納米光源的品質。

戴慶表示，這項研究有望為解決光頻段反向切倫科夫輻射高效激發的難題提供新思路，并為實現光電融合提供重要材料平臺。

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