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极化激元是实现纳米尺度光操控的新思路。23日，记者从国家纳米科学中心获悉，我国科研人员在I型双曲天然材料上观测到声子极化激元的反向切伦科夫辐射。他们研究发现，通过改变带电粒子在材料表面的运动方向，可以不对称地重塑反向切伦科夫辐射的分布，从而获得不受激发源干扰且方向可控的纳米光源。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。
所谓切伦科夫辐射，是指当带电粒子以快于材料中的光速掠过该材料时在其中产生的电磁辐射。反向切伦科夫辐射可以有效地将辐射光与快速运动的带电粒子分离，从而提高光源的信噪比和灵敏度。因此，反向切伦科夫辐射在生物成像、光通信、光谱学和传感器等领域具有重要应用潜力。
极化激元反向切伦科夫辐射的示意图。受访者供图
“前期已有报道在超构材料中获得了微波频段的反向切伦科夫辐射，但随着频率提升该结构电磁损耗呈指数上升，如何获得红外频段的反向切伦科夫辐射仍是挑战。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心研究员杨晓霞介绍。
近年来，国家纳米科学中心戴庆课题组在六方氮化硼和氧化钼等双折射晶体中发现了低损耗双曲声子极化激元。这种双曲声子极化激元在中红外频段内具有负群速度色散的特性，可以大幅减慢介质内光的传播速度，有利于降低激发反向切伦科夫辐射所需的带电粒子速度阈值。
此次，研究团队在天然氧化钼I型双曲频带上观测到声子极化激元反向切伦科夫辐射现象，也就是由沿金属纳米线传输的等离激元来激发声子极化激元反向辐射传输。更重要的是，他们发现，通过原子制造技术构筑氧化钼和六方氮化硼范德华异质结，能够进一步调控反向切伦科夫辐射的角度和品质因子，从而提升纳米光源的品质。
戴庆表示，这项研究有望为解决光频段反向切伦科夫辐射高效激发的难题提供新思路，并为实现光电融合提供重要材料平台。
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