來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)信息綜合

1.  基于超構(gòu)透鏡陣列的高維量子糾纏光源

由南京大學(xué)祝世寧(院士)、王振林(教授)、張利劍(教授)和王漱明(副教授)團(tuán)隊(duì)、香港理工大學(xué)蔡定平(教授)團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)任希鋒(副教授)團(tuán)隊(duì)和華東師范大學(xué)李林研究員組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，通過(guò)結(jié)合超構(gòu)透鏡陣列與非線性晶體光效應(yīng)的物理過(guò)程，成功制備出了高維路徑糾纏光源和多光子光源。他們的研究報(bào)告“基于超構(gòu)透鏡陣列的高維糾纏和多光子量子光源”于2020年6月26日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上。

隨著光量子信息技術(shù)的發(fā)展，基于非線性光學(xué)過(guò)程的糾纏量子光源在維度擴(kuò)展以及光子數(shù)增加方面所面臨的光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜、可集成度低、穩(wěn)定性弱等問(wèn)題，制約著光量子信息處理的大規(guī)模集成。一種稱(chēng)為“超構(gòu)表面”的微結(jié)構(gòu)薄膜材料為量子光源及光量子信息技術(shù)的發(fā)展提供了一條新路徑。

科研團(tuán)隊(duì)將超構(gòu)透鏡與非線性光學(xué)晶體（β相偏硼酸鋇晶體，簡(jiǎn)稱(chēng)BBO晶體）組合在一起，構(gòu)成全新的超構(gòu)表面量子光源系統(tǒng)。他們?cè)O(shè)計(jì)并制備出10×10超構(gòu)透鏡陣列，使用泵浦激光入射到該系統(tǒng)：讓超構(gòu)透鏡陣列將泵浦激光均分成10×10份，并在BBO晶體中聚焦；聚焦的泵浦光在BBO中發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一系列信號(hào)/閑置光子對(duì)。

理論上，這一由超構(gòu)透鏡與BBO晶體組合在一起所制備出的路徑糾纏光子的維度是100維。如果增加透鏡陣列數(shù)，糾纏光子的維度還可以進(jìn)一步提高。

他們用波長(zhǎng)404 nm的連續(xù)激光作為泵浦光，測(cè)量超構(gòu)透鏡陣列中的不同超構(gòu)透鏡產(chǎn)生的光子之間的糾纏特性，所得到的二維、三維以及四維路徑糾纏態(tài)的保真度分別達(dá)到98.4%、96.6%和95.0%。而且，超構(gòu)透鏡具有靈活的光場(chǎng)調(diào)控能力，可以對(duì)光場(chǎng)的相位、偏振、振幅等集成調(diào)控，從而進(jìn)一步調(diào)制糾纏態(tài)。

該系統(tǒng)也可以用于制備簡(jiǎn)易緊湊的多光子源。實(shí)驗(yàn)中科研人員利用415 nm的飛秒激光作為泵浦源，分別測(cè)量了由該系統(tǒng)制備的4光子和6光子的符合曲線，并展示了4光子Hong-Ou-Mandel干涉的結(jié)果，得到很高的干涉對(duì)比度。這說(shuō)明產(chǎn)生的多光子量子光源具有很好的性能。

該科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高維度、集成化的糾纏光源和多光子源制備，突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

A.高維量子糾纏光源示意圖 B.超構(gòu)透鏡陣列光學(xué)照片 C.超構(gòu)透鏡掃描電子顯微鏡照片 D.100路參量下轉(zhuǎn)換光子對(duì) E.三維路徑糾纏測(cè)試結(jié)果  F.四維路徑糾纏測(cè)試結(jié)果

圖. 基于超構(gòu)透鏡陣列的高維量子糾纏光源

2.  發(fā)現(xiàn)并揭示莫爾晶格中波的演化規(guī)律

不管是聲波、水波，還是電磁波、引力波、物質(zhì)波，各種波總是傾向于向周?chē)鷶U(kuò)散。因此，控制波的擴(kuò)散使其局域在某個(gè)有限的空間之內(nèi)是個(gè)長(zhǎng)期存在的重要科學(xué)問(wèn)題。

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授葉芳偉課題組與陳險(xiǎn)峰課題組合作，發(fā)現(xiàn)并揭示了一種新的波包局域機(jī)制——基于莫爾晶格的極平帶結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家們深刻理解凝聚態(tài)物相的性質(zhì)特點(diǎn)及其演化規(guī)律，在人們的生活中也具有廣泛的適用性。該研究形成的論文于2019年12月18日在線發(fā)表于《自然》。

這里所謂的莫爾晶格，一般是指將晶格材料的兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)重疊在一起之后再彼此轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，這樣形成的莫爾晶格對(duì)入射光的應(yīng)答效應(yīng)就是人們能看到它的明暗相間的條紋，此即莫爾條紋。

葉芳偉課題組的博士生王鵬（論文第一作者）在利用兩把梳子展示了莫爾條紋后說(shuō)，這可能是世界上最簡(jiǎn)單的莫爾條紋，但如果你留心觀察的話(huà)，你會(huì)看到莫爾條紋在藝術(shù)設(shè)計(jì)、紡織業(yè)、建筑學(xué)、圖像處理、測(cè)量學(xué)和干涉儀等方面都有一些獨(dú)特的應(yīng)用。

二維材料石墨烯（單層石墨）是研究莫爾晶格的典型樣本，也是現(xiàn)代科技廣泛應(yīng)用的高科技材料?？茖W(xué)家們?cè)谘芯渴r(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)，由兩層石墨烯堆疊而成的莫爾結(jié)構(gòu)在某個(gè)特定的轉(zhuǎn)角下，魔幻般地呈現(xiàn)出超導(dǎo)性：電流在其中流動(dòng)時(shí)幾乎完全沒(méi)有損耗。這種超導(dǎo)性不是來(lái)源于單層石墨，而是因?yàn)槟獱柧Ц駨母旧细淖兞瞬牧系男再|(zhì)。

當(dāng)科學(xué)家們接著研究其它各種各樣的莫爾結(jié)構(gòu)時(shí)，竟發(fā)現(xiàn)了莫爾晶格的更多新奇獨(dú)特的物理性質(zhì)，并形成了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的研究方向：twistronics（扭曲學(xué)）。

但是，一個(gè)根本的科學(xué)問(wèn)題——波在莫爾晶格中如何演化卻一直懸而未決。

為此，研究人員利用光學(xué)誘導(dǎo)的辦法，將兩個(gè)周期晶格寫(xiě)入同一塊晶體中，得到了首個(gè)高度可調(diào)的光子莫爾晶格。借助于該莫爾晶格的連續(xù)可調(diào)性，并通過(guò)大量的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，課題組發(fā)現(xiàn)了波包在莫爾晶格中的演化規(guī)律：隨著兩個(gè)周期晶格的相對(duì)權(quán)重和它們之間相對(duì)轉(zhuǎn)角的變化，波包在莫爾晶格中演化時(shí)會(huì)出現(xiàn)波形散開(kāi)和局域的急劇變化。

令人驚訝的是，光束竟能被莫爾晶格局域。經(jīng)理論分析輔以大量的數(shù)值模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)，在一般情況下（除非莫爾轉(zhuǎn)角剛好落在某些離散的特殊角上），莫爾晶格對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)能帶結(jié)構(gòu)中的各級(jí)能帶都是極平帶。這說(shuō)明光子在莫爾晶格里失去了動(dòng)能，再無(wú)法擴(kuò)散，也就是只能局域。這種莫爾晶格中光子局域的物理機(jī)制和人們已知的其它環(huán)境下的局域機(jī)制完全不同，是一種全新的局域方式。

研究人員還研究了其它形形色色的莫爾晶格樣本。通過(guò)大量的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)光子在莫爾晶格中的局域以及特殊莫爾角下的散開(kāi)其實(shí)是莫爾晶格的一種共性。

莫爾晶格提供了對(duì)光控制的一種全新手段。相比于之前將波局域的方式，莫爾晶格提供的局域方式更加簡(jiǎn)單易行。它既不需要較強(qiáng)的折射率反差，也不需要特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更不依賴(lài)于較強(qiáng)的激光功率，同時(shí)又具有高度的可調(diào)性。

也就是說(shuō)，通過(guò)簡(jiǎn)單的莫爾轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)，光子可以自由地從“靜止”轉(zhuǎn)為“運(yùn)動(dòng)”，也可從“緩慢”的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為高速的“運(yùn)動(dòng)”，達(dá)到動(dòng)靜皆宜、快慢自由。

總之，莫爾晶格為光束控制、圖像傳輸、信息處理等提供了一種更加簡(jiǎn)單易行的手段，也為研究低功率下的非線性光學(xué)提供了一個(gè)易于執(zhí)行的平臺(tái)。

3.  亞納米分辨的單分子光致熒光成像

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組，在近場(chǎng)熒光成像領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，將成像空間分辨率大幅推進(jìn)至～8?的亞納米分辨水平，首次實(shí)現(xiàn)了亞分子分辨的單分子光致熒光成像，為在原子尺度上展顯物質(zhì)結(jié)構(gòu)、揭示光與物質(zhì)相互作用的本質(zhì)提供了新的技術(shù)手段。該成果于2020年8月10日在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》。

審稿人認(rèn)為，“這將是該領(lǐng)域里的一篇重要文章，并在廣泛的研究領(lǐng)域中產(chǎn)生重大影響。這項(xiàng)工作對(duì)于利用原子尺度的光來(lái)開(kāi)展超靈敏光譜顯微學(xué)研究，無(wú)論是從基礎(chǔ)科學(xué)的層面，還是從可能應(yīng)用的角度，都具有重要意義?！?/span>

用光實(shí)現(xiàn)原子尺度空間分辨因?yàn)槭苤朴谘苌錁O限曾被認(rèn)為是遙不可及的目標(biāo)。掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)帶來(lái)了希望?？臻g分辨率的極限不再受衍射極限制約，而是取決于實(shí)現(xiàn)探針下光場(chǎng)空間局域化的能力。早在2013年，該團(tuán)隊(duì)利用金屬納腔等離激元場(chǎng)的局域增強(qiáng)效應(yīng)，首次展示了亞納米分辨的單分子拉曼成像。然而，熒光發(fā)射與拉曼散射不同，分子熒光在金屬結(jié)構(gòu)非?？拷肿訒r(shí)會(huì)由于非輻射過(guò)程被放大并占主導(dǎo)而導(dǎo)致熒光信號(hào)淬滅，也就是限制了近場(chǎng)熒光顯微鏡的分辨率，使得迄今為止的SNOM熒光成像空間分辨率很少達(dá)到10 nm左右的水平。如何巧妙調(diào)控探針尖端的結(jié)構(gòu)和納腔中分子的電子態(tài)便成為克服熒光淬滅、實(shí)現(xiàn)高分辨光致熒光成像的關(guān)鍵。

圖：亞納米分辨的單分子針尖增強(qiáng)光致發(fā)光（TEPL）成像的科學(xué)原理示意圖和             測(cè)量結(jié)果與分析.

該團(tuán)隊(duì)著眼于攻克等離激元納腔結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控和探針尖端原子級(jí)結(jié)構(gòu)的制作與控制，通過(guò)精致的針尖修飾方法在探針尖端構(gòu)筑了一個(gè)原子尺度的銀團(tuán)簇突起結(jié)構(gòu)，并將納腔等離激元共振模式調(diào)控到與入射激光和分子發(fā)光的能量均能有效匹配的狀態(tài)，再采用超薄的三個(gè)原子層厚的介電層隔絕分子與金屬襯底的電荷轉(zhuǎn)移，從而成功實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的單分子光致發(fā)光成像。

他們驚喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)探針逼近分子時(shí)，即便間距在一納米以下，光致發(fā)光的強(qiáng)度還是一直在隨間距的變小而單調(diào)增強(qiáng)，通常存在的熒光淬滅現(xiàn)象完全消失。進(jìn)一步的模擬和分析表明，原子級(jí)突起的探針與金屬襯底形成等離激元納腔時(shí)，納腔等離激元的共振響應(yīng)和原子級(jí)突起結(jié)構(gòu)的避雷針效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，從而在針尖下方誘導(dǎo)出顯著增強(qiáng)和高度局域的電磁場(chǎng)，將腔模式體積壓縮到1 nm³以下，使得局域光子態(tài)密度及其催生的分子輻射速率極大增加。由于這些效應(yīng)能抑制針尖逼近分子時(shí)的熒光淬滅，使得亞納米分辨的光致發(fā)光成像得以實(shí)現(xiàn)。他們的科研實(shí)踐說(shuō)明，要達(dá)到亞納米空間分辨，探針尖端的尺寸及其與樣品之間的距離都必須在亞納米尺度上。

此外，他們還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了亞分子分辨的具有頻譜信息的光致發(fā)光超光譜成像，在亞納米尺度上展示了局域等離激元-激子相互作用對(duì)熒光強(qiáng)度、峰位和峰寬的空間分布的微妙影響。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在亞納米尺度上探測(cè)和調(diào)控分子局域環(huán)境、以及光與物質(zhì)相互作用提供了新的技術(shù)手段，對(duì)于近場(chǎng)光譜學(xué)和顯微學(xué)的基礎(chǔ)認(rèn)知與技術(shù)發(fā)展都有重要意義。

德國(guó)光科學(xué)馬普所的Vahid Sandoghdar教授和西班牙材料物理中心的Javier Aizpurua教授參與了該課題的合作研究。

4.  狄拉克渦旋拓?fù)涔馇?/span>

拓?fù)涔庾訉W(xué)始于拓?fù)溥吘墤B(tài)作為魯棒波導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，而另一種較常用的光學(xué)元件——光腔也可利用拓?fù)淙毕輵B(tài)做出性能上的創(chuàng)新。由中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陸凌等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他們從理論上預(yù)言的一種新拓?fù)涔庾泳w微腔——狄拉克渦旋腔。它支持任意簡(jiǎn)并度的腔模，而且在目前已知光腔中，大面積單模性較好。認(rèn)知這個(gè)拓?fù)涔馇?，可以改進(jìn)半導(dǎo)體激光器的選模腔體設(shè)計(jì)，為開(kāi)發(fā)下一代高亮度單模面發(fā)射器件提供方向，這對(duì)激光雷達(dá)和激光加工等技術(shù)有潛在意義。該研究成果以Dirac-vortex topological cavities（狄拉克渦旋拓?fù)淝唬轭}，在線發(fā)表在Nature Nanotechnology（“自然 納米技術(shù)”）上。

半導(dǎo)體激光器因其體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、波長(zhǎng)范圍廣以及易于集成和調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于通信、加工、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。其中，單模器件因其較為理想的線寬和光束質(zhì)量，成為眾多應(yīng)用的首選。由于單模工作依靠的均是光子晶體結(jié)構(gòu)（圖1），如何選模成為關(guān)鍵。整個(gè)光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的光源是分布式反饋激光器（Distributed Feedback:DFB，圖1左上），早期的DFB激光器采用一維周期光柵結(jié)構(gòu)選模，但因?yàn)閮蓚€(gè)帶邊模式會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致單模工作不很穩(wěn)定。解決方案是引入一個(gè)缺陷（1/4波長(zhǎng)的相移，圖1右上），進(jìn)而在光子帶隙正中間產(chǎn)生一個(gè)缺陷模式，以保證單模工作穩(wěn)定?，F(xiàn)在廣泛用于近距離通訊、光電鼠標(biāo)、激光打印機(jī)和人臉識(shí)別的垂直腔面發(fā)射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers:VCSEL）的諧振腔也是利用帶間缺陷態(tài)作為選模指標(biāo)。然而，上述采用一維光子晶體選模的兩種主流產(chǎn)品因?yàn)闆](méi)有周期結(jié)構(gòu)帶來(lái)的方向選擇而難以在尺寸上超過(guò)波長(zhǎng)量級(jí)，不然就只會(huì)是多模激射。器件的波長(zhǎng)尺度無(wú)法放大，單模功率也就遇到阻礙。

一個(gè)自然的提高單模功率的方案是采用二維光子晶體結(jié)構(gòu)。2017年，日本濱松公司推出了二維光子晶體面發(fā)射激光器（photonic-crystal surface-emitting lasers:PCSEL，圖1左下）。雖然這個(gè)產(chǎn)品具有大面積單模輸出、高功率、窄發(fā)散角等優(yōu)勢(shì)，但PCSEL至少仍然有兩個(gè)高品質(zhì)因子（Q）的帶邊模式相互競(jìng)爭(zhēng)。因此，如果能像一維主流產(chǎn)品DFB和VCSEL那樣設(shè)計(jì)出魯棒的二維帶間缺陷模式，就有可能成為未來(lái)高功率單模激光器的重要方向。

狄拉克渦旋光腔是具有二維帶間缺陷模式的拓?fù)涔馇?。研究團(tuán)隊(duì)意識(shí)到DFB及VCSEL中的一維缺陷態(tài)其實(shí)是拓?fù)涞模诶碚撋吓c一維拓?fù)淠Ｐ拖嗟葍r(jià)，包括Shockely，Jackiw-Rebbi和SSH模式。在高能物理中，一維Jackiw-Rebbi模式有直接的二維對(duì)應(yīng)，被理解是狄拉克方程的質(zhì)量渦旋解。擬合到凝聚態(tài)體系的蜂窩晶格中可以用廣義的Kekulé調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)（HCM模型）。

研究人員通過(guò)渦旋調(diào)制狄拉克光子晶體設(shè)計(jì)出這種拓?fù)涔馇?，并在?shí)驗(yàn)上利用硅晶片（SOI）和光通信波段（1550nm）實(shí)現(xiàn)了這種狄拉克渦旋腔（圖1右下）。實(shí)驗(yàn)顯示，這種拓?fù)涔馇豢蓪?shí)現(xiàn)帶間單模、任意多簡(jiǎn)并模式、最大的自由光譜范圍、小遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角、矢量光場(chǎng)輸出、模式面積從微米到毫米范圍可調(diào)以及多種襯底兼容等特性。

有別于其它已知光腔，大面積單模性狄拉克渦旋腔有利于提高單模激光器的功率和穩(wěn)定性。光腔的單模性一般用自由光譜范圍（FSR）表征，光腔的模式間距（FSR）與模式體積成反比（V^-1）。要增大FSR的途徑之一就是減小腔的體積。在同等模式體積下，狄拉克光腔會(huì)因?yàn)楣庾討B(tài)密度因素使其FSR超過(guò)普通光腔（大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)）。此外，具有任意模式簡(jiǎn)并度是狄拉克渦旋腔的另一個(gè)較為獨(dú)特的特點(diǎn)。因?yàn)轶w系的拓?fù)洳蛔兞繛闇u旋的纏繞數(shù)（winding number:w），所以拓?fù)渲行那荒５臄?shù)量等于w，可以是任意正負(fù)整數(shù)，而且所有w個(gè)拓?fù)淠Ｊ蕉冀咏l率簡(jiǎn)并。圖2右展示了w=+1,+2,+3的實(shí)驗(yàn)光譜。高度簡(jiǎn)并光腔能降低多模激光的空間相干性，可用于激光照明技術(shù)中。

圖1. 狄拉克渦旋光腔與三種商用單模半導(dǎo)體激光腔的比較，這一發(fā)明符合產(chǎn)品的歷史趨勢(shì)，即從一維到二維，從邊發(fā)射到面發(fā)射，從周期結(jié)構(gòu)到拓?fù)淙毕菽Ｊ降陌l(fā)展

圖2.（左）狄拉克腔光譜隨著腔大小的演化和過(guò)偏振片后的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑。（右）拓?fù)淝荒５臄?shù)量和簡(jiǎn)并度等于渦旋的纏繞數(shù)w，圖中是w為1，2和3時(shí)的實(shí)驗(yàn)光譜

5.  單分子回聲

華東師大精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)在單分子超快動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域取得重要突破。他們利用超快飛秒激光和符合探測(cè)技術(shù)，首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了單分子體系內(nèi)的超快振動(dòng)回聲。研究成果以“Echo in a single vibrationally excited molecule（在單個(gè)振動(dòng)激發(fā)分子中回聲）”為題，于2020-1-20日發(fā)表在《自然物理》。以色列魏茲曼研究所（兩人）參與了研究合作。

聲波的回聲是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，當(dāng)聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，將被反射形成回聲。非線性體系在受到外部激發(fā)后，由于體系中不同的組分具有不同的能量，激發(fā)的相干響應(yīng)會(huì)迅速退相，而此時(shí)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的二次激發(fā)可以有效“還原”初始的相干狀態(tài)，即回聲的產(chǎn)生?；芈暣嬖谟谖锢硐到y(tǒng)中，如自旋回聲、光子回聲、等離子波回聲、粒子加速器回聲等。利用回聲現(xiàn)象可以檢測(cè)系統(tǒng)的相干性和觀測(cè)系綜的一些固有性質(zhì)，在很多方面得到應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)上利用電子自旋回聲進(jìn)行核磁共振成像。

過(guò)去一般認(rèn)為回聲是一種存在于多粒子系綜內(nèi)的集體響應(yīng)。當(dāng)華東師大吳健教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)首次在單分子層面實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到振動(dòng)波包量子回聲現(xiàn)象后，他們對(duì)回聲現(xiàn)象有了更深入的理解。

雙縫衍射實(shí)驗(yàn)被譽(yù)為最經(jīng)典的單粒子量子干涉物理實(shí)驗(yàn)。在雙縫實(shí)驗(yàn)中，每次最多只有一個(gè)電子或光子到達(dá)雙縫，單光子或單電子以疊加態(tài)的形式“同時(shí)”穿過(guò)兩個(gè)狹縫后，在觀測(cè)屏幕上呈現(xiàn)出獨(dú)特的空間干涉條紋。與之類(lèi)似，單分子回聲是在一束飛秒(10^-15秒)激光脈沖的作用下，激發(fā)出多個(gè)振動(dòng)波函數(shù)相干疊加構(gòu)成的振動(dòng)波包。雖然振動(dòng)波包由于色散快速退相，但科研人員利用了第二束飛秒激光脈沖實(shí)現(xiàn)振動(dòng)波包的重構(gòu)，即分子振動(dòng)回聲。在探測(cè)光的作用下，通過(guò)符合探測(cè)分子解離產(chǎn)生的離子信號(hào)，掃描探測(cè)光延時(shí)即可在時(shí)間域上獲得與雙縫衍射實(shí)驗(yàn)相似的分布結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的回聲概念相比，由于振動(dòng)波包回聲發(fā)生在單個(gè)的孤立分子內(nèi)，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的量子效應(yīng)。

圖｜單個(gè)氬二聚體分子的振動(dòng)波包隨時(shí)間的自由演化，在時(shí)間軸上呈現(xiàn)出與單粒子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)類(lèi)似的干涉條紋結(jié)構(gòu)

吳健教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期開(kāi)展激光誘導(dǎo)分子超快動(dòng)力學(xué)行為的精密測(cè)量和調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用兩束400nm的飛秒激光脈沖激發(fā)振動(dòng)回聲波包，當(dāng)兩束脈沖延時(shí)為T(mén)時(shí)，通過(guò)泵浦-探測(cè)技術(shù)，第三束800nm的探測(cè)光可在2T附近觀測(cè)到回聲信號(hào)。在t_p=0時(shí)刻的泵浦光強(qiáng)激光場(chǎng)的作用下，基態(tài)的氬二聚體分子發(fā)生單電離，能使振動(dòng)核波包并回到分子離子的基態(tài)勢(shì)能曲線上，隨后核波包滑向勢(shì)能曲線底部并開(kāi)始來(lái)回振蕩。當(dāng)波包運(yùn)動(dòng)至對(duì)應(yīng)的單光子耦合點(diǎn)時(shí)發(fā)生解離躍遷，并被符合成像探測(cè)器測(cè)量到。由于波包內(nèi)的不同振動(dòng)態(tài)具有不同的能量，三個(gè)明顯的振蕩周期過(guò)后，波包發(fā)生退相。研究人員在t_p=1.36ps時(shí)施加第二束飛秒激光脈沖，利用交流斯塔克效應(yīng)和解離損耗兩種機(jī)制產(chǎn)生回聲。掃描探測(cè)光的延時(shí)，使得波包發(fā)生解離即可“拍攝”振動(dòng)波包回聲的時(shí)間演化行為。

以色列魏茲曼研究所的研究團(tuán)隊(duì)的半經(jīng)典、全量子的理論模擬很好的重現(xiàn)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了單分子回聲產(chǎn)生的物理機(jī)制。

圖a：氬二聚體分子離子的勢(shì)能曲線

圖b：不同時(shí)間延時(shí)對(duì)應(yīng)的單電離解離通道和庫(kù)倫爆炸通道的原子核能量分布

圖c：?jiǎn)坞婋x解離通道產(chǎn)率隨延時(shí)的變化

6.  金屬鈉：助推等離激元光子器件走向應(yīng)用

表面等離激元，在微納光子器件和光子集成、超分辨成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而金屬鈉膜的制備是鈉基等離激元器件首先需要解決的問(wèn)題。南京大學(xué)與北京大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院等研究組合作，利用金屬鈉所具有的低熔點(diǎn)特點(diǎn)，采用獨(dú)特的液態(tài)金屬旋涂工藝制成金屬鈉薄膜，首次揭示了金屬鈉膜的優(yōu)異光波段等離激元特性。在此基礎(chǔ)上研制的鈉基通訊波段激光器，創(chuàng)造了同類(lèi)等離激元納米激光器室溫激射的閾值新低。這一成果于2020年5月發(fā)表在《自然》雜志上。

據(jù)南京大學(xué)朱嘉教授介紹，一直以來(lái)，由于等離激元激發(fā)有電子振蕩參與，由焦耳熱引起的損耗成了等離激元器件走向應(yīng)用的瓶頸。因此，對(duì)于微納光子器件及集成芯片來(lái)說(shuō)，尋找光頻段低損耗的金屬材料成了該領(lǐng)域研究人員多年來(lái)努力的目標(biāo)。

此前，人們一直寄希望于金、銀等貴金屬，但對(duì)于大多數(shù)器件來(lái)說(shuō)，貴金屬不僅損耗依然較高，以鈉為代表的堿金屬傳輸特性，被認(rèn)為有可能具有更低的光學(xué)損耗。但是，金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑，制備條件嚴(yán)苛。南京大學(xué)朱嘉、周林、祝世寧研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)馬仁敏、佐治亞理工學(xué)院蔡文杉等研究組合作，在鈉金屬薄膜和等離激元光子器件研究方面有了重要突破。

他們利用液態(tài)金屬旋涂工藝，結(jié)合可控冷卻技術(shù)，成功獲得了高質(zhì)量的金屬鈉膜及等離激元結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了鈉基等離激元功能器件。

得益于有效的封裝保護(hù)，該激光器件在正常環(huán)境下6個(gè)月后仍保持良好的工作性能。所做的在高溫和高濕環(huán)境下加速老化實(shí)驗(yàn)證明，他們制備的鈉基等離激元器件具有非常好的耐受能力。

7.  時(shí)空光渦旋與光子橫向軌道角動(dòng)量

上海理工大學(xué)莊松林院士和顧敏院士領(lǐng)導(dǎo)的未來(lái)光學(xué)國(guó)際實(shí)驗(yàn)室在光子軌道角動(dòng)量研究領(lǐng)域取得重大突破，詹其文教授帶領(lǐng)的納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)首次從理論到實(shí)驗(yàn)展示了具有時(shí)空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場(chǎng)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的光子軌道角動(dòng)量自由度。該成果以“Generation of spatiotemporal optical vortices with controllable transverse orbital angular momentum（具有可控制的橫向軌道角動(dòng)量的時(shí)空光學(xué)渦旋的產(chǎn)生）”為題在線發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。

光子具有沿光束傳播方向的線性動(dòng)量。光子也可以攜帶角動(dòng)量，包括與圓偏振相關(guān)的自旋角動(dòng)量和與渦旋相位相關(guān)的軌道角動(dòng)量。通常光子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量都是沿光束傳播方向。按照量子光學(xué)，光子角動(dòng)量是高速光通信、粒子操控、全息成像得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。以粒子操控為例，光子的自旋角動(dòng)量可以使粒子以自身為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而光子的軌道角動(dòng)量可以使粒子以光束中心為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，類(lèi)似于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。近年來(lái)的研究表明在高數(shù)值孔徑聚焦光場(chǎng)和瞬逝波光場(chǎng)中存在垂直于光束傳播方向的光子橫向自旋角動(dòng)量。光子橫向自旋角動(dòng)量在光子自旋-軌道角動(dòng)量耦合、量子光通信和表面等離基元定向傳播方面得到了廣泛關(guān)注和研究，未來(lái)光學(xué)國(guó)際實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)的則是垂直于光束傳播方向的光子橫向軌道角動(dòng)量。

光子橫向軌道角動(dòng)量垂直于光束傳播方向并且與多色波渦旋相位相關(guān)。光波包是一個(gè)時(shí)空波包，具有橫向渦旋結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于一個(gè)快速移動(dòng)的颶風(fēng)。理論上，光子橫向軌道角動(dòng)量可以具有無(wú)窮多個(gè)數(shù)值，也稱(chēng)為拓?fù)浜?，可以通過(guò)多色波渦旋相位來(lái)控制。

時(shí)空光渦旋的產(chǎn)生基于空間頻率-頻率面到空間-時(shí)間面的傅里葉變換。通常，在空間-時(shí)間面直接疊加渦旋相位是困難的，而在空間頻率-頻率面疊加渦旋相位較為容易，可以通過(guò)光柵、柱透鏡和液晶光調(diào)制器件等光學(xué)相位元件在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)。攜帶不同拓?fù)浜晒庾訖M向軌道角動(dòng)量的時(shí)空波包可以通過(guò)液晶光調(diào)制器件的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的渦旋相位?？臻g頻率-頻率面的渦旋相位經(jīng)過(guò)傅里葉變換后在空間-時(shí)間面內(nèi)仍然存在，從而生成可控的時(shí)空光渦旋。

時(shí)空光渦旋波包是一個(gè)皮秒量級(jí)的啁啾脈沖，通過(guò)精密電控位移臺(tái)讓一個(gè)飛秒脈沖與其疊加干涉，形成一組干涉條紋。基于實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的一系列干涉條紋，可以重建空間-時(shí)間面內(nèi)以中心為奇點(diǎn)的渦旋相位分布，此與理論預(yù)期相符。通過(guò)干涉條紋，還可以計(jì)算時(shí)空波包在三維空間中的光強(qiáng)分布。在空間-時(shí)間面內(nèi)，光波包對(duì)應(yīng)相位奇點(diǎn)位置的光強(qiáng)為零。

光子橫向軌道角動(dòng)量的突破性研究進(jìn)展揭示了一個(gè)全新的光場(chǎng)態(tài)，開(kāi)辟了一個(gè)新的光子軌道角動(dòng)量維度，對(duì)于理解光場(chǎng)與原子分子之間的相互作用乃至宏觀宇宙或相對(duì)論具有重要意義，在微納結(jié)構(gòu)與器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

8.  放棄相位板，無(wú)需光學(xué)對(duì)準(zhǔn)也能產(chǎn)生相位渦旋光束

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系光子晶體課題組首次提出利用光子晶體平板結(jié)構(gòu)的動(dòng)量空間偏振場(chǎng)奇點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生渦旋光束，并在實(shí)驗(yàn)上得到驗(yàn)證。相關(guān)工作以“Generating optical vortex beams by momentum-space polarization vortices centred at bound states in the continuum（通過(guò)以連續(xù)介質(zhì)中的束縛態(tài)為中心的動(dòng)量空間偏振渦旋產(chǎn)生光學(xué)渦旋光束）”為題發(fā)表在Nature photonics。

   圖1. 光子晶體薄膜產(chǎn)生渦旋光束示意圖

除去常見(jiàn)的波前接近平面的平面波和高斯光束之外，電磁波的亥姆霍茲方程還存在一類(lèi)解，其在實(shí)空間的傳播方向上具有螺旋形的等相位面，而在螺旋的中心處會(huì)出現(xiàn)相位的奇點(diǎn)。這類(lèi)解被稱(chēng)為光渦旋（optical vortices）或渦旋光束。具有相位奇點(diǎn)的渦旋光束可以攜帶量子化的光的軌道角動(dòng)量，因而它們提供了一種新的區(qū)別于頻率和偏振的光場(chǎng)自由度。理論上，這一軌道角動(dòng)量自由度可分為左右旋性而且原則上其數(shù)值大小可以為任意自然數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室，軌道角動(dòng)量自由度的可調(diào)控程度高。研究人員正是針對(duì)光的這種軌道角動(dòng)量特點(diǎn)，努力實(shí)現(xiàn)基于軌道角動(dòng)量渦旋光束的通訊、物質(zhì)探測(cè)、光學(xué)操控和微納加工等應(yīng)用。

常規(guī)產(chǎn)生渦旋光的方法包括基于厚度或折射率螺旋分布的螺旋相位片法、基于雙折射晶體的快慢軸在空間中旋轉(zhuǎn)分布的Q波片（q-plate）法以及基于結(jié)構(gòu)單元的局域共振或者幾何構(gòu)型對(duì)相位的調(diào)制的超表面等，這些方式都是利用實(shí)空間的渦旋性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高斯光束和渦旋光束的轉(zhuǎn)變。從實(shí)空間的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)渦旋光束，結(jié)構(gòu)不可避免的具有幾何中心和類(lèi)渦旋的排列構(gòu)型。

光子晶體作為在實(shí)空間的周期性結(jié)構(gòu)，沒(méi)有呈現(xiàn)渦旋狀構(gòu)型，直覺(jué)上并不能實(shí)現(xiàn)渦旋光束的產(chǎn)生。然而，復(fù)旦大學(xué)光子晶體課題組發(fā)現(xiàn)光子晶體在動(dòng)量空間連續(xù)譜中的束縛態(tài)（BIC）附近的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射存在由一系列布洛赫共振態(tài)形成的偏振渦旋。BIC正對(duì)應(yīng)于渦旋的奇點(diǎn)。由于實(shí)空間和動(dòng)量空間具有共軛關(guān)系，利用動(dòng)量空間中的這種渦旋結(jié)構(gòu)，也可以實(shí)現(xiàn)等價(jià)于實(shí)空間的渦旋相位調(diào)制（如圖1所示）。該課題組基于上述思路提出了在動(dòng)量空間進(jìn)行幾何相位操控的新思路（如圖2），并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了無(wú)需光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的高階渦旋光束。

課題組制備了鏤空的氮化硅薄膜結(jié)構(gòu)，并調(diào)整參數(shù)使能帶Gamma點(diǎn)的BIC頻率稍高于激光波長(zhǎng)532 nm，這樣可以得到比較圓的等頻率圖和動(dòng)量空間拓?fù)浜蔀?1偏振奇點(diǎn)與偏振渦旋，然后通過(guò)搭建動(dòng)量空間相位分辨成像系統(tǒng)對(duì)圓偏振交叉極化下產(chǎn)生的渦旋光進(jìn)行測(cè)量（如3圖所示），可以看到拓?fù)浜蔀閝=+1的偏振場(chǎng)產(chǎn)生階數(shù)l=+/-2渦旋光，而理論上能得到更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓絣=+/-2q。進(jìn)而，課題組利用六角格子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的拓?fù)浜蔀閝=-2偏振場(chǎng)產(chǎn)生了l=-4的渦旋光。

圖2. 光子晶體薄膜中的BIC周?chē)鷦?dòng)量空間偏振場(chǎng)產(chǎn)生渦旋光的原理： (a)光子晶體薄膜中的某一條能帶面及其等頻率線上的偏振在動(dòng)量空間的投影； （b）動(dòng)量空間偏振產(chǎn)生渦旋光的原理；（c）理論計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)的能帶面，插圖為光子晶體薄膜示意圖；  （d）圖（c）中最下面能帶面的投影圖及等頻率線上對(duì)應(yīng)的偏振.

9.  首次觀測(cè)到開(kāi)放量子體系中的非厄米趨膚效應(yīng)

北京計(jì)算科學(xué)研究中心薛鵬教授團(tuán)隊(duì)及合作者在實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)到開(kāi)放量子體系中的非厄米趨膚效應(yīng)(non-Hermitian skin effect)，并證實(shí)了非厄米體邊對(duì)應(yīng)原理。

圖1：實(shí)驗(yàn)裝置圖.

在以固態(tài)拓?fù)洳牧蠟榇淼膫鹘y(tǒng)拓?fù)湮锵嘀? 最為重要的物理特征是拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊緣態(tài)。體邊對(duì)應(yīng)原理指出，拓?fù)溥吘墤B(tài)的存在性和穩(wěn)定性完全由體態(tài)拓?fù)洳蛔兞繘Q定；因此，人們可以根據(jù)體態(tài)拓?fù)鋪?lái)預(yù)言物理上重要的邊緣態(tài)。目前，體邊對(duì)應(yīng)原理已被公認(rèn)為傳統(tǒng)拓?fù)湮飸B(tài)領(lǐng)域中普適的基本原則，但長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這一原理的驗(yàn)證范圍局限于封閉體系。近年來(lái)，隨著對(duì)開(kāi)放體系拓?fù)洮F(xiàn)象, 尤其是對(duì)非厄米體系拓?fù)湫虻睦碚撗芯? 人們發(fā)現(xiàn)在一大類(lèi)非厄米拓?fù)潴w系中, 傳統(tǒng)的體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系不再成立，常規(guī)拓?fù)淠軒Ю碚撝械耐負(fù)洳蛔兞繜o(wú)法預(yù)言拓?fù)溥吘墤B(tài)。在這類(lèi)體系中, 傳統(tǒng)體邊對(duì)應(yīng)原理的失效伴隨著非厄米趨膚效應(yīng), 即體態(tài)與拓?fù)溥吘墤B(tài)均完全局域于體系邊界附近。正是由于非厄米趨膚效應(yīng), 非厄米拓?fù)潴w系不能在傳統(tǒng)的體邊對(duì)應(yīng)原理下理解。

為建立普適的非厄米體邊對(duì)應(yīng)原理，需要重新定義一系列基本概念；例如，根據(jù)理論推測(cè)，拓?fù)淠軒Ю碚撝袕V泛采用的標(biāo)準(zhǔn)布里淵區(qū)不再適用，取而代之的將是廣義布里淵區(qū)(generalized Brillouin zone)。

圖2：非厄米趨膚效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖.

在這一背景下, 薛鵬教授團(tuán)隊(duì)及合作者在單光子量子行走的物理平臺(tái)上, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)具有趨膚效應(yīng)的非厄米拓?fù)潴w系動(dòng)力學(xué)的量子模擬。他們通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì), 觀測(cè)到非厄米趨膚效應(yīng)及穩(wěn)定的拓?fù)溥吘墤B(tài)。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的拓?fù)溥吘墤B(tài)與傳統(tǒng)體邊對(duì)應(yīng)法則不符，而與定義在廣義布里淵區(qū)上的拓?fù)洳蛔兞烤_符合, 從而證實(shí)了非厄米體邊對(duì)應(yīng)原理。實(shí)驗(yàn)首次在量子體系中觀測(cè)到非厄米趨膚效應(yīng)及非厄米體邊對(duì)應(yīng)關(guān)系，有助于深入理解開(kāi)放系統(tǒng)的拓?fù)湫再|(zhì)及動(dòng)力學(xué)演化中的拓?fù)洮F(xiàn)象。

圖3：非厄米體邊對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)圖.實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的拓?fù)溥吘墤B(tài)與廣義布里淵區(qū)上的拓?fù)洳蛔兞恳恢?，說(shuō)明了在本體系中傳統(tǒng)體邊對(duì)應(yīng)原理失效，非厄米廣義體邊對(duì)應(yīng)原理成立.

這項(xiàng)研究是該團(tuán)隊(duì)繼理論設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)宇稱(chēng)時(shí)間對(duì)稱(chēng)的量子行走，觀測(cè)新型拓?fù)溥吔鐟B(tài)，直接測(cè)量量子行走拓?fù)洳蛔兞?，模擬多體拓?fù)湎到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)量子相變，觀測(cè)非幺正動(dòng)力學(xué)演化中的斯格明子結(jié)構(gòu)，以及觀測(cè)宇稱(chēng)時(shí)間對(duì)稱(chēng)的動(dòng)力學(xué)臨界現(xiàn)象之后，在非厄米系統(tǒng)新奇物性研究方面取得的又一重要成果。2020年3月16日他們的研究報(bào)告在線發(fā)表于Nature Physics上。

10.  單層氮化硼聲子極化激元的直接觀測(cè)

國(guó)家納米科學(xué)中心戴慶課題組和北京大學(xué)高鵬課題組合作在單層氮化硼聲子極化激元方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果“Direct observation of highly confined phonon polaritons in suspended monolayer hexagonal boron nitride”于2020年8月17日在線發(fā)表于《自然-材料》上。 

極化激元是光子與材料中的偶極激發(fā)發(fā)生強(qiáng)耦合形成的準(zhǔn)粒子，它突破了光的衍射極限，能將光的波長(zhǎng)壓縮到納米尺度進(jìn)行操控，這在納米光電子器件和高靈敏傳感等領(lǐng)域具有重要意義。極化激元的波長(zhǎng)壓縮能力決定了局域光場(chǎng)增強(qiáng)效果和光電子器件集成度，因此，不斷追求具有更高壓縮比的極化激元成為納米光子學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。 

二維范德華材料具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，這類(lèi)材料支持豐富的極化激元模式。例如石墨烯中動(dòng)態(tài)可調(diào)的等離激元、氮化硼中低衰減的聲子極化激元和過(guò)渡金屬硫族化合物中的激子極化激元等，為獲得理想的極化激元模式提供了材料選擇。特別是單層氮化硼，由于其單原子層厚度，理論上支持具有最高波長(zhǎng)壓縮的聲子極化激元，它吸引了國(guó)際上多個(gè)研究組開(kāi)展研究。但由于極化激元的壓縮能力和激發(fā)效率互相制約，目前實(shí)驗(yàn)上直接表征單層氮化硼聲子極化激元仍然面臨挑戰(zhàn)，即對(duì)單層氮化硼聲子極化激元是否存在以及其頻率位置的爭(zhēng)論無(wú)法從理論上給出明確回答。因此，發(fā)展新的實(shí)驗(yàn)方法直接激發(fā)具有超高波長(zhǎng)壓縮能力的極化激元具有重要的意義。 

戴慶課題組通過(guò)設(shè)計(jì)納米光學(xué)結(jié)構(gòu)，在石墨烯等離激元和多層氮化硼聲子極化激元的光學(xué)激發(fā) 和性能調(diào)控規(guī)律等方面取得了一系列進(jìn)展，完善了通過(guò)動(dòng)量匹配實(shí)現(xiàn)等離激元高效激發(fā)的物理圖像。 

他們通過(guò)與北大高鵬課題組合作，利用電子波長(zhǎng)短和高動(dòng)量的先天優(yōu)勢(shì)，借助電子能量損失譜首次直接觀測(cè)到了懸空單層氮化硼中的聲子極化激元。通過(guò)使用具有7.5 meV的高能量分辨率和0.2 nm空間分辨率的STEM-EELS技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其聲子極化激元具有超高的光場(chǎng)束縛（超過(guò)487）和超慢的群速度（大約 10-5c）。此外，由于電子束激發(fā)效率高，還分別探測(cè)到在亞10 nm厚度的h-BN薄片（3 nm，4 nm，7 nm和10 nm）中幾乎整個(gè)上剩余射線帶內(nèi)聲子極化激元的色散關(guān)系。這種聲子極化激元具有非同尋常的光場(chǎng)束縛和超慢群速度，可以將光與物質(zhì)相互作用增強(qiáng)到納米尺度量級(jí)，在光子集成回路以及在傳感方面有重要的應(yīng)用。 

該工作是納米光子學(xué)研究和電鏡技術(shù)交叉的融合，通過(guò)發(fā)揮EELS的高能量和動(dòng)量分辨的優(yōu)勢(shì)，解決了極化激元光學(xué)激發(fā)困難以及理論預(yù)測(cè)過(guò)程的爭(zhēng)論。另外，這種全新的二維范德華材料聲子極化激元的高效電子激發(fā)方式，為拓展二維范德華材料的物性和應(yīng)用探索提供了新思路。

圖a：電子激發(fā)單層h-BN聲子極化激元的示意圖. 圖b：?jiǎn)螌觝-BN聲子極化激元的電子能量損失譜