原子尺度也能实现中红外光的操控

物体对光的散射是自然中普遍存在的物理现象，例如太阳光被大气分子以及悬浮粒子散射，才有了蓝天、白云、彩虹等各种奇妙的光学现象。同时散射现象也是众多光科学技术的核心之一。然而散射现象发生的强弱，极大地依赖于入射光的波长及散射体的特征尺寸的比值，通常纳米尺度的结构对波长较长的十微米量级的中红外光的散射较弱。如何利用光散射效应，实现极端纳米尺度乃至原子尺度的微纳结构对于中红外光的强散射，对于高度集成光学器件以及中红外传感等领域具有重大应用意义。

由南开大学物理科学学院蔡卫教授、许京军教授领导的课题组，在纳米尺度光操控方向经过长期探索取得了一系列进展，如能带和费米能级独立调控下双层石墨烯光学性质的纳米尺度探测（Nano Letters 21，5151（2021））、人工诱导电子型边界对石墨烯等离激元波反射的可控调节（Advanced Materials，29，1701083 （2017））等。

近日，课题组基于单层石墨烯/氮化硼/金三层结构中的超高局域的石墨烯声学等离激元模式，在结构特征尺寸与光的入射波长比在约万分之一的条件下，观测到中红外光被原子尺度起伏结构的面内强散射，并进一步通过改变门电压实现了调控。其物理机制来自于石墨烯声学等离激元的超高局域特性，可实现中红外光波长约百倍的压缩。该研究对于利用原子尺度的纳米结构操控光等方面具有重要意义，该研究成果以“Strong in-plane scattering of acoustic graphene plasmons by surface atomic steps”为题在线发表在国际知名期刊Nature Communications上。

二维范德瓦斯复合材料内的中红外石墨烯声学等离激元在原子尺度台阶的散射

南开大学为该研究论文第一完成单位，南开大学博士生张妮、副教授罗维维，信阳师范学院副教授王垒为共同第一作者。南开大学蔡卫教授及许京军教授为共同通讯作者。该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金委等项目的资助。

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来源：南开大学新闻中心

通讯员：戴建芳

编辑：高宇歌 乔仁铭

审核：马长虹 郝静秋