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原創(chuàng)丨彤心未泯（學(xué)研匯技術(shù)中心）
編輯丨風(fēng)云
研究背景
折射是光學(xué)中的一種基本現(xiàn)象，即光線穿過(guò)兩種介質(zhì)的分界面后發(fā)生方向變化。假如折射光與入射光出現(xiàn)在界面法線的同左邊，則覺得折射為"負(fù)"。這些不常見的現(xiàn)象在介電常數(shù)e和磁導(dǎo)率m同時(shí)為負(fù)的人工超材料和超晶格中得到了證明。主軸旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位的各向異性超結(jié)構(gòu)之間的界面也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)折射。
關(guān)鍵問題
但是，負(fù)折射的相關(guān)研究仍存在以下問題：
1、雙曲材料的負(fù)折射現(xiàn)象仍需進(jìn)一步探究
雙曲材料(HMs)提供了極大的各向異性，其混和的光-物質(zhì)模式-極化鈮酸鋰-被預(yù)測(cè)在悉心設(shè)計(jì)的界面上表現(xiàn)出半角負(fù)折射光折射時(shí)波長(zhǎng)會(huì)變化嗎，但尚未被證明。
2、負(fù)折射的深入探究具有重要意義
負(fù)折射改變了光的放大和發(fā)射以及非線性光學(xué)，也可能造成捕獲光和"完美"透鏡效應(yīng)。
新思路
有鑒于此光折射時(shí)波長(zhǎng)會(huì)變化嗎，羅馬尼亞學(xué)院A.J.等人可視化了聲子極化鈮酸鋰的負(fù)折射現(xiàn)象，它發(fā)生在兩個(gè)天然晶體的界面處。紅外光子和晶格震動(dòng)的極化鈮酸鋰介孔產(chǎn)生的準(zhǔn)直光線在通過(guò)兩個(gè)雙曲vanderWaals材料：氧化鉬(MoO3)和核素純六方滲碳硼(h1111BN)之間的平面界面時(shí)顯示負(fù)折射。在特定的頻度w0下，這種光線可以順著閉合的矩形軌跡循環(huán)。作者證明：極化鈮酸鋰本征模顯示了由極化聲子基態(tài)敵視和強(qiáng)耦合引起的多個(gè)間隙中斷的正色散和負(fù)色散區(qū)域。
技術(shù)方案：
1、闡明了雙曲異質(zhì)雙晶體中的極化鈮酸鋰
作者詳盡闡述了極化鈮酸鋰的負(fù)折射過(guò)程，并通過(guò)使用掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM)可視化極化鈮酸鋰。
2、觀察了異質(zhì)雙晶體的負(fù)折射
作者通過(guò)納米成像數(shù)據(jù)明晰顯示了h11BN-MoO3異質(zhì)雙晶體的負(fù)折射，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)合模擬，解析了異質(zhì)雙晶體負(fù)折射過(guò)程。
3、揭示了異晶雙晶體色散中的波譜間隙演化規(guī)律
闡述了異雙晶極化元的頻動(dòng)量色散(ω,qx)及其對(duì)觀測(cè)到的負(fù)折射的影響，闡明了極化聲子波的波長(zhǎng)隨著入射紅外光頻度的變化規(guī)律，表明了雙晶體中的極化鈮酸鋰是耦合模式。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1、探究了先前未開發(fā)的一類雙曲異質(zhì)雙晶體中的極化元
研究了先前未開發(fā)的一類雙曲異質(zhì)雙晶體中的極化元，由兩個(gè)薄晶體組成，氧化鉬(MoO3)和核素純六方滲碳硼(h1111BN)。
2、揭示了異質(zhì)雙晶體內(nèi)部的局域化、負(fù)折射和極化電子射線的閉環(huán)循環(huán)
作者借助高波譜納米成像數(shù)據(jù)闡明了h11BN-MoO3異質(zhì)雙晶體內(nèi)部的局域化、負(fù)折射和極化電子射線的閉環(huán)循環(huán)。觀測(cè)到的效應(yīng)中心是極化激子色散的間隙，這是從極化激子波的高波譜圖象中提取下來(lái)的。
技術(shù)細(xì)節(jié)
雙曲異質(zhì)雙晶體中的極化鈮酸鋰
h11BN(晶體A)和MoO3(晶體B)的雙曲電動(dòng)熱學(xué)都是由強(qiáng)偶極有源聲子形成的。這種共振沿起碼一個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)介電常數(shù)為負(fù)，其中正的“類介電”正介電常數(shù)沿剩余的主方向被保留。一般把極性材料的電磁模稱為極化鈮酸鋰，作者在文中詳盡闡述了極化鈮酸鋰的負(fù)折射過(guò)程。為了可視化極化鈮酸鋰，使用掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM)。在SNOM檢測(cè)中，原子力顯微鏡的金屬化尖端以亞衍射空間幀率偵測(cè)光學(xué)效應(yīng)，大致由尖端的直徑給出，約為20納米。為了滿足h1111BN和MoO3重疊波段頻度內(nèi)的準(zhǔn)單色迸發(fā)需求，生成了波譜帶寬?1的開核帶中紅外脈沖。
圖雙曲異質(zhì)雙晶體中的極化鈮酸鋰
異質(zhì)雙晶體的負(fù)折射
納米成像數(shù)據(jù)明晰顯示了h11BN-MoO3異質(zhì)雙晶體的負(fù)折射。在氫氧化鋁(SiO2)表面勾畫長(zhǎng)度為2ω≈750nm的金條帶。條帶沿y軸的鋒利邊沿提高了紅外場(chǎng)，迸發(fā)了雙晶體中的極化元。MoO3晶體被放置在發(fā)射裝置的底部，其c軸垂直于條帶。獲得了氣溫T=99K時(shí)散射振幅|s|的圖象，以使損失最小化。在MoO3表面采集的|s|圖象支持了MoO3中圓柱形射線傳播的概念，這是雙曲介質(zhì)的特點(diǎn)。接出來(lái)，在異雙晶體底部觀察納米光學(xué)硬度，測(cè)量到兩個(gè)峰之間有相當(dāng)大的硬度，與負(fù)折射引導(dǎo)雙曲射線到雙晶體底部和頂部表面相同的縱向位置是一致的。
圖極化鈮酸鋰的負(fù)折射
異晶雙晶體色散中的波譜間隙
之后闡述了異雙晶極化元的頻動(dòng)量色散(ω,qx)及其對(duì)觀測(cè)到的負(fù)折射的影響。根據(jù)既定的程序，搜集了頻度相關(guān)的近場(chǎng)振幅作為距離雙晶體邊沿X的函數(shù)的高波譜數(shù)據(jù)。通過(guò)高波譜數(shù)據(jù)觀測(cè)闡明了極化聲子波的波長(zhǎng)隨著入射紅外光頻度的變化規(guī)律，表明了雙晶體中的極化鈮酸鋰是耦合模式。據(jù)悉，作者通過(guò)模型預(yù)對(duì)焦譜間隙的大小與極化子的速率成比列。異雙晶極化元符合強(qiáng)模式耦合的定義:間隙的大小超過(guò)了模式的線寬。
圖異晶雙晶體色散中的波譜間隙
展望
其實(shí)，在這項(xiàng)工作中，作者介紹了雙曲異質(zhì)雙晶極化鈮酸鋰，發(fā)覺h11BN-MoO3的界面極化元可以表現(xiàn)出負(fù)折射、光譜間隙、強(qiáng)耦合和局部化。異質(zhì)雙晶體的這種屬性與使用HMs的光子應(yīng)用廣泛相關(guān)。據(jù)悉，異質(zhì)雙晶體中的極化鈮酸鋰可以聚焦到亞衍射限制的光斑大小，這可以通過(guò)負(fù)折射實(shí)現(xiàn)完美的透鏡。但是，可獲得的焦點(diǎn)可能遭到外部誘因的限制，包括晶體耗損和不健全的極化鈮酸鋰發(fā)射器。據(jù)悉，類似于Fabry-Pérot腔，負(fù)折射可以造成幅射在異雙晶體納米腔中以封閉循環(huán)傳播。介質(zhì)耗損依然是一個(gè)挑戰(zhàn)，但可以通過(guò)主動(dòng)耗損補(bǔ)償來(lái)減緩。
參考文獻(xiàn)：
A.J.,etal.in-.,2023,379(6632):555-557.
DOI：10.1126/.
同步幅射丨球差電鏡丨FIB-TEM
原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
加急測(cè)試
李老師
學(xué)研匯技術(shù)總監(jiān)
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