【科学综述】澳大利亚莫纳什大学鲍桥梁InfoMat综述：范德华材料中的各向异性极化激元

正文

极化激元指激子在材料中与介电常数的元激发相互作用，材料中光子和谐振电荷之间发生强耦合形成的元激发过程。极化激元按照光和物质的相互作用可分类为：等离极化激元、激子极化激元和声子极化激元（photon polaritons, PhPs）。对于PhPs，由于其声子耦合特性，我们考虑材料的介电常数张量。当材料存在晶体上的各向异性，也会存在介电常数的各向异性，当与另外两项的符号相反，就称之为双曲介电材料。以六方氮化硼为例，，激元在材料中的面内传播表现为各向同性，但是在面外方向表现出双曲的色散关系。这是诸如负折射率、超棱镜、纳米光刻、量子辐射增强等一系列光学现象和技术的关键核心问题。传统情况下，为了实现负折射率特性，需要人工设计精致的超材料结构（如开口谐振环与子）。但是最近在天然各向异性二维材料，如中，研究人员发现了,并观察到极化激元在面内的椭圆型或双曲型传播特性。各向异性范德华材料的引入，实现了对极化激元的低损耗、极化选择动态调控，这也是传统超材料结构设计的难点问题。

澳大利亚莫纳什大学的鲍桥梁团队聚焦极化激元，在Wiley出版集团新推出的信息材料领域高影响力期刊InfoMat受邀发表了题为“Anisotropic polaritons in van der Waals materials”的综述。文章总结了近年来平面各向异性极化激元近场响应的研究进展，重点介绍了通过引入天然层状材料，在某些频率范围内可能比传统材料具有更大的潜力。文章首先介绍了散射型扫描近场光学显微镜 (s-SNOM) 在实空间中的成像机理及二维材料中极化激元的研究进展。然后讨论了各向异性极化激元与双曲/椭圆色散之间的联系。在简要回顾了双曲超表面结构之后，作者重点讨论了天然层状材料中的平面内各向异性，并基于该特性提出了一些潜在的光调制器件方向的应用。范德华面内各向异性材料由此在纳米光子学中建立一个新的范式，尤其是在纳米尺度上实现对光传导、光与物质相互作用的方向调控上极具应用前瞻。

《InfoMat》（信息材料）是由Wiley出版集团与电子科技大学联合创办的旗舰新刊，创刊主编是李言荣院士。期刊发表的文章将涉及电学、光学、磁学等材料的合成制备、结构表征以及在新一代信息技术领域中的应用。InfoMat结合了Wiley集团的高质量出版标准与电子科技大学信息领域的科研优势，旨在成为信息技术与材料交叉领域的国际顶尖期刊之一。

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