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叠层/转角二维原子晶体结构与极化激元的近场光学表征

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物理学报 2023年第2期72卷 239-255页

作者：徐琨淇胡成沈沛约马赛群周先亮梁齐史志文上海交通大学物理与天文学院人工结构及量子调控教育部重点实验室上海200240

极化激元是一种光与物质发生强相互作用形成的准粒子,可以极大地压缩光波长,提供一种突破衍射极限的光调制方式,为纳米光子学、非线性光学、量子光学等相关学科的发展提供了重要支持.范德瓦耳斯二维原子晶体是研究极化激元的理想平台,... 详细信息

极化激元是一种光与物质发生强相互作用形成的准粒子,可以极大地压缩光波长,提供一种突破衍射极限的光调制方式,为纳米光子学、非线性光学、量子光学等相关学科的发展提供了重要支持.范德瓦耳斯二维原子晶体是研究极化激元的理想平台,通过叠层、转角可以为极化激元的调控提供额外的自由度,从而展示出新颖的光学结构和极化激元特性.本文以近场光学为主要研究方法,对近几年出现的叠层及转角二维原子晶体的各种光学结构及极化激元进行综述.综述内容包括叠层石墨烯的畴结构、转角二维原子晶体的莫尔超晶格结构、转角二维拓扑极化激元、转角石墨烯手性等离激元等.最后,对叠层/转角二维原子晶体及其极化激元的未来发展进行展望.

关键词：转角二维原子晶体极化激元莫尔超晶格扫描近场光学显微技术

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低维材料极化激元及其耦合特性

物理学报 2022年第12期71卷 156-170页

作者：马赛群邓奥林吕博赛胡成史志文上海交通大学物理与天文学院人工机构及量子调控教育部重点实验室上海200240

极化激元—光与物质中的电子、声子、激子或磁振子等发生强耦合而形成的一种新的集体振荡模式,近年来在纳米光子学领域受到了广泛的关注.低维材料极化激元拥有的高空间压缩比、低损耗、光电可调控等特点使其在微纳光子学器件中有着极高... 详细信息

极化激元—光与物质中的电子、声子、激子或磁振子等发生强耦合而形成的一种新的集体振荡模式,近年来在纳米光子学领域受到了广泛的关注.低维材料极化激元拥有的高空间压缩比、低损耗、光电可调控等特点使其在微纳光子学器件中有着极高的潜在应用价值,比如石墨烯中波长可调的等离极化激元、六方氮化硼中高质量的双曲声子极化激元、三氧化钼中面内各向异性的拓扑声子极化激元、碳纳米管中的一维拉廷格液体等离极化激元等.这些极化激元相互之间以及极化激元与外场之间还能进一步发生显著的耦合相互作用,产生各种丰富新奇的物理现象,极大地拓展了极化激元的应用前景.本文以几种典型的低维纳米材料中极化激元的耦合特性为例,从表征纳米极化激元的扫描近场光学显微技术出发,首先简单介绍几种典型极化激元的基本性质,然后详细讨论各种极化激元之间以及极化激元与外场的耦合,最后展望极化激元耦合作用的潜在应用.

关键词：极化激元低维材料耦合特性扫描近场光学显微技术

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腔磁子-极化激元系统的研究进展

红外与毫米波学报 2023年第5期42卷 622-633页

作者：魏纯可饶金威姚碧霂中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 上海科技大学物质与科学技术学院上海201210

光电子芯片在人工智能时代的复杂信息转换中扮演着重要角色。通过强耦合的电子-光子态可以实现光电转换的最高效率。利用电子自旋的自由度具有独特的优势。自旋的集体激发可以形成磁子,它具有长寿命和对焦耳热免疫的特性。这些特性可以... 详细信息

光电子芯片在人工智能时代的复杂信息转换中扮演着重要角色。通过强耦合的电子-光子态可以实现光电转换的最高效率。利用电子自旋的自由度具有独特的优势。自旋的集体激发可以形成磁子,它具有长寿命和对焦耳热免疫的特性。这些特性可以通过磁子和高速光子之间的强耦合结合起来,形成"腔-磁子极化激元(CMP)"。最近的进展集中在构建高协同性的CMP,控制CMP的辐射和传输,理解CMP的完美吸收机制,以及开发片上CMP原型器件的电调谐维度和逻辑操作功能。这些围绕CMP相干耦合动力学的研究有望推动低损耗光电器件和前沿信息处理技术的发展。

关键词：自旋电子学极化激元磁子强耦合综述

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微腔极化激元三十年:历史、现状与展望

物理 2022年第7期51卷 445-453页

作者：李峰熊启华西安交通大学电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室西安710049 陕西省信息光子技术重点实验室西安710049 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室量子信息前沿科学中心北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193

微腔激子极化激元是激子和微腔光子形成的叠加态,是一种兼具光与物质双重属性的准粒子,在基础物理研究和未来光子芯片应用方面具有重要的价值。从1992年首次实验观测到微腔极化激元至今已有整整30年。文章回顾这30年来微腔激子极化激元... 详细信息

微腔激子极化激元是激子和微腔光子形成的叠加态,是一种兼具光与物质双重属性的准粒子,在基础物理研究和未来光子芯片应用方面具有重要的价值。从1992年首次实验观测到微腔极化激元至今已有整整30年。文章回顾这30年来微腔激子极化激元领域的发展历史与重要成果,并对未来的研究方向做了展望。将重点介绍微腔激子极化激元的概念、形成过程及其玻色—爱因斯坦凝聚的原理,简述以此为基础的极化激元光流体、物态调控及量子效应。

关键词：极化激元激子光学微腔玻色—爱因斯坦凝聚量子信息

基于α-MoO3声子极化激元的近场光诱导力成像和调控

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基于α-MoO3声子极化激元的近场光诱导力成像和调控

作者：岳娜娜华中科技大学

学位级别：硕士

声子极化激元(Phonon polaritons,Ph Ps)是极性晶体中光子与声子的耦合。这种激元只能在特定的波段被激发,相应的波段被称为剩余射线带。α-Mo O这种天然的双曲色散材料,在550 cm～1000 cm波段具有三个剩余射线带,支持沿三种晶向传播的P... 详细信息

声子极化激元(Phonon polaritons,Ph Ps)是极性晶体中光子与声子的耦合。这种激元只能在特定的波段被激发,相应的波段被称为剩余射线带。α-Mo O这种天然的双曲色散材料,在550 cm～1000 cm波段具有三个剩余射线带,支持沿三种晶向传播的Ph Ps,其强大的各向异性对于开发极化激元器件至关重要。其中,实现对极化激子的近场成像是关键。光诱导力显微镜(Photo-induced Force Microscopy,Pi FM)是一种新型的成像技术,通过与原子力显微镜相结合,可以实现极化激元的可视化,从图像提取相关信息得到α-Mo O中极化激元的特性。基于此,本研究从天然双曲材料——α-Mo O入手,利用光诱导力显微镜测得近场光学图像,探究了不同基底和微纳结构对α-Mo O声子极化激元传播的影响,研究从以下两方面展开:(1)探究衬底介电性质的改变与Ph Ps传播特性的关系。(2)探测α-Mo O在金领结型结构上的声子极化激元信号。在第一个工作中,利用聚焦离子束刻蚀制作了可引入空气衬底的槽状结构。使用光诱导力显微镜分别对悬空和非悬空α-Mo O薄片进行了近场光诱导力表征。实验结果表明,相较于非悬空的α-Mo O,悬空α-Mo O薄层边缘激发的Ph Ps在第二剩余射线带的波长更大。此外,由色散方程推导出了Ph Ps波长与介电变化的关系,由公式推导出的结果很好地解释了实验现象。根据实验数据,拟合了悬空结构和金膜衬底上α-Mo O色散关系图,直观展示了衬底介电性质对Ph Ps的传播性质的重要影响作用,该研究为设计由基底调控的激子纳米器件提供了参考。在第二个工作中,设计和制造领结型结构激发了α-Mo O声子极化激元并对其传播性质产生了一定影响。利用聚焦离子束刻蚀技术制作了不同尺寸、角度、狭缝宽度的领结型结构,利用定点显微转移系统实现α-Mo O的精准覆盖。Pi FM测试三个样品表明,α-Mo O下表面的领结型结构可以激发α-Mo O声子极化激元,激发的声子极化激元波长随入射光波数改变。此外,α-Mo O边界激发的条纹在下表面结构的影响下发生了折射现象,即领结型结构不仅可以在α-Mo O中心区域激发声子极化激元,还可以使声子极化激元条纹发生折射现象。总而言之,本研究证实了改变衬底或设计结构均可改变α-Mo O声子极化激元的传播特性,为实现更好的α-Mo O声子极化激元调控效果提供了有益的参考。这对于开发新型光子学器件,如高分辨率光学成像、超表面光学器件等具有重要意义,为在纳米尺度和自然介质中控制光提供了新思路。

关键词：近场光学光诱导力显微镜二维材料 α-MoO3 极化激元双曲声子极化激元

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二维极化激元学近场研究进展

物理学报 2019年第11期68卷 7-26页

作者：段嘉华陈佳宁中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 北京凝聚态物理国家实验室北京100190 松山湖材料实验室东莞523808

极化激元学可以实现纳米尺度上的光子操控和光与物质相互作用的调控,已经成为现代物理学中的一个重要分支.与传统贵金属相比,二维范德瓦耳斯原子晶体中极化激元具有更强的局域能力且可实现主观调控.近期,利用扫描式近场光学显微镜在二... 详细信息

极化激元学可以实现纳米尺度上的光子操控和光与物质相互作用的调控,已经成为现代物理学中的一个重要分支.与传统贵金属相比,二维范德瓦耳斯原子晶体中极化激元具有更强的局域能力且可实现主观调控.近期,利用扫描式近场光学显微镜在二维体系中观察到了多种类型的极化激元,为今后量子物理和纳米光子学的发展提供了新思路.本文主要介绍通过近场光学手段揭示二维极化激元学的重要进展和实验结果.在介绍近场光学及其成像原理的基础上,总结了二维极化激元学中近场研究进展的几个重要研究方向,包括等离极化激元、声子极化激元、激子极化激元和杂化型极化激元等.最后提出了近场光学今后可能的发展方向.

关键词：近场光学极化激元二维材料

极化激元(polaritons)与拉曼散射

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物理学进展 2003年第1期23卷 82-124页

作者：程光煦南京大学现代分析中心及固体微结构物理国家实验室南京210093

在给出介质中的光 (电磁 )波与极化波混合作用而得出的极化激元方程、极化激元色散方程之后又讨论了相应的物理意义及相关的物理问题 ;获得极化激元的实验方法 ,接着还介绍和讨论了极化激元的拉曼散射。

关键词：极化激元拉曼散射表面极化激元激子极化激元等离激元-极化激元

极化激元研究的进展——纪念黄昆先生90诞辰

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物理 2009年第8期38卷 581-591页

作者：甘子钊北京大学物理学院北京100871

黄昆先生离开我们4年多了,今年9月2日是他九十诞辰的日子.回忆黄先生对我们的言传身教,环视我们身在其中的我国科学和教育界繁花似锦的景象和许多令人"欲言还休"的隐忧,深深地感到黄先生的离开对我国科学和教育界是多么大的损失!

关键词：极化激元黄昆教育界科学高山损失

以攻克高速光电互联为目标围绕新型极化激元开展系统研究——国家纳米科学中心戴庆研究员团队

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科技成果管理与研究 2023年第10期18卷 9-10页

作者：赵静不详

攻克高速光电互联是世界性难题,用纳米材料的表面波(极化激元)为媒介实现高效光电互联为解决这一难题提供了新的思路。极化激元是一种存在于材料表界面上的电磁模式,能将光场压缩聚焦至很小尺度,因而可实现在纳米尺度上的光信息传输和... 详细信息

攻克高速光电互联是世界性难题,用纳米材料的表面波(极化激元)为媒介实现高效光电互联为解决这一难题提供了新的思路。极化激元是一种存在于材料表界面上的电磁模式,能将光场压缩聚焦至很小尺度,因而可实现在纳米尺度上的光信息传输和处理。近年来,国家纳米科学中心戴庆研究员团队围绕新型极化激元的物理机制、光场调控、工艺制备和测试技术方面展开系统研究,在极化激元的产生、压缩、传输、调制和检测等纳米光学功能设计与器件应用方面取得一系列原创成果,为纳米尺度光电融合与集成重大挑战提供科学依据。

关键词：光电互联极化激元信息传输功能设计器件应用纳米光学纳米尺度媒介实现