【產(chǎn)通社，8月6日訊】到目前為止，人們普遍認(rèn)為只有雙曲晶體才能實現(xiàn)精確的限制、操縱或操縱光所需的光物質(zhì)波。但南洋理工大學(xué)（NTU）與中國地質(zhì)大學(xué)聯(lián)合團隊的發(fā)現(xiàn)表明情況并非如此，并改變了長期以來人們對原子和納米尺度光物質(zhì)相互作用的材料類型的認(rèn)知。

研究發(fā)現(xiàn)，光與雙曲音素極化子耦合時形成的波型也可以出現(xiàn)在名為釩酸釔（YVO 4）的晶體中，并且可以通過溫度來調(diào)節(jié)。與雙曲晶體不同，YVO 4很容易獲得。使用普通晶體引發(fā)光與物質(zhì)相互作用的能力可以加速醫(yī)學(xué)成像、半導(dǎo)體芯片檢測和其他產(chǎn)業(yè)的微型化、超精確的技術(shù)進步。

雙曲晶體必須同時表現(xiàn)出正和負(fù)介電常數(shù)，這就產(chǎn)生了雙曲頻散，允許光沿著類似于雙曲線形狀的嚴(yán)格限制的路徑傳播。當(dāng)光沿著這些路徑傳播時，就會出現(xiàn)產(chǎn)生熱點的現(xiàn)象。這些熱點可以與非常小的物體相互作用，使成像系統(tǒng)能夠檢測極其精細的細節(jié)。

NTU團隊表示，雖然YVO 4晶體的主體不是雙曲線的，但其表面可能是雙曲線的。在晶體和空氣之間的界面處，該材料表現(xiàn)出支持雙曲表面音素極化子的能力，而不需要晶體內(nèi)部也是雙曲的。研究人員結(jié)合理論建模和掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNOM）納米成像實驗證明了這一現(xiàn)象。他們能夠在材料的非雙曲頻率范圍內(nèi)可視化YVO 4晶體表面上表面音素極化子的雙曲波陣面，其中材料的介電常數(shù)張量分量具有相同的負(fù)值。

通過將溫度從室溫變化到低溫水平，研究人員可以操縱極化激元色散，實現(xiàn)從雙曲到渠化并最終到橢圓狀態(tài)的拓?fù)滢D(zhuǎn)變。
這種溫控分散工程為研究人員提供了對極化子布局的精確控制，并使他們能夠調(diào)制波長和群速。通過精確加熱晶體，他們可以對介電常數(shù)進行微調(diào)，以使表面切換到雙曲線行為，使表面切換到雙曲線行為。

利用溫度控制，研究人員將光限制在小至20納米的區(qū)域內(nèi)，該尺寸比使用傳統(tǒng)光學(xué)方法小10-20倍。胡光維教授說：“我們本質(zhì)上打破了人們認(rèn)為已經(jīng)固定的物理規(guī)則并已經(jīng)證明：表面性質(zhì)既可能與材料的體積有顯著不同，又可能對其性質(zhì)進行操縱�！�

這一發(fā)現(xiàn)使實現(xiàn)原子尺度分辨率所必需的光與物質(zhì)相互作用在一系列應(yīng)用中變得更加容易。王岐捷教授說：“想象一下，醫(yī)學(xué)成像以前所未有的清晰度看到細胞結(jié)構(gòu)，或者在近原子尺度上檢查半導(dǎo)體芯片。這就是這項研究的潛力�！�

通過消除對雙曲晶體的依賴，這種引發(fā)光與物質(zhì)相互作用的方法可以擴大納米光學(xué)的范圍，并幫助使用光學(xué)方法推動電子元器件、半導(dǎo)體產(chǎn)品小型化。

“在電子制造領(lǐng)域，我們已經(jīng)看到微型化如何帶來更強大、更便宜的設(shè)備，”王教授說�！拔覀冋趯⑾嗤脑瓌t應(yīng)用于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。”

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