省杰青项目|中远红外波段光场局域化和剪裁研究取得重要进展

电磁场是现代信息传输和处理的载体，其发射、调制和探测科学与技术一直是科学界关注的重要问题，有着广泛的应用背景。太赫兹和中远红外波段电磁场科学与技术是当前热点，而作为军用和民用技术融合很强的研究领域越来越受关注。针对器件集成化和微纳化的要求，如何将太赫兹和中远红外波段电磁场有效地局域到微纳器件的工作区域，同时实现高灵敏、室温工作的调制和探测成是一大挑战性。

近期，中山大学电子与信息工程学院的“微纳结构电子光子与器件”研究团队在二维原子晶体的中远红外波段电磁场局域研究中取得重要进展。

该研究团队提出了采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，其研究成果以封面文章发表在Light: Science & Applications（2017, 6, e17057）上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm，结果以背封面文章发表在Nanoscale 2016, 8, 16621上。

研究人员还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”。研究结果以扉页文章发表在Advanced Material（2018, 30, 1705318）上。