電磁場是現代信息傳輸和處理的載體，其發射、調制和探測科學與技術一直是科學界關注的重要問題，有著廣泛的應用背景。太赫茲和中遠紅外波段電磁場科學與技術是當前熱點，而作為軍用和民用技術融合很強的研究領域越來越受關注。針對器件集成化和微納化的要求，如何將太赫茲和中遠紅外波段電磁場有效地局域到微納器件的工作區域，同時實現高靈敏、室溫工作的調制和探測成是一大挑戰性。我校電子與信息工程學院鄧少芝教授領導的“微納結構電子光子與器件”研究團隊于近期在二維原子晶體的中遠紅外波段電磁場局域研究中取得重要進展。
該團隊的研究組提出采用規則幾何納米結構和摻雜來實現光場在納米尺度上的精確局域化和調控，實現了單層石墨烯規則幾何納米結構剪裁中紅外電磁場在單原子二維平面的局域分布、波長與強度調控。通過構建單層石墨烯規則幾何納米結構，利用邊界對表面等離激元波的反射，形成多重干涉效應，實現了對10.7 μm入射波的光場局域化，并且通過納米結構的幾何形狀調控其空間分布，結果以封面文章發表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通過對單層石墨烯進行硝酸根化學摻雜，實現了單層石墨烯表面等離激元強度提高了約2倍、波長由150 nm提高到了280 nm，結果以背封面文章發表在Nanoscale 2016, 8, 16621上。
該團隊的研究組還發現了二維層狀范德華α-MoO3晶體的中紅外雙曲聲子極化激元效應，將聲子極化激元體系推廣至半導體。二維層狀α-MoO3晶體具有豐富的光學聲子模式，該研究揭示了它們能夠與中紅外電磁場進行有效地耦合激發聲子極化激元，從而實現二維平面上高度的電磁場局域。另外，該研究利用α-MoO3晶體較大的層間間距，通過金屬離子插層的方法，實現了對其聲子極化激元的傳播調制以及“關閉”。研究結果以扉頁文章發表在Advanced Material 2018, 30, 1705318上。
基于二維原子晶體的中紅外波段光場局域和剪裁
上述結果對普遍關注的如何實現低損耗、可調諧的極化激元效應等前沿問題提供了新思路，為二維原子晶體材料在中紅外波段納米光子和光電子器件的應用提供了重要的實驗參考和技術儲備。
上述研究工作主要由陳煥君教授、鄧少芝教授、許寧生教授、鄭澤波博士完成，工作得到國家自然科學基金重大項目、廣東省杰出青年基金和光電材料與技術國家重點實驗室系統類自主課題經費等支持。
論文鏈接：
Light: Science & Applications 2017, 6, e17057：https://www.nature.com/articles/lsa201757
Nanoscale 2016, 8, 16621：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/nr/c6nr04239b
Advanced Material 2018, 30, 1705318：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201705318
