声子极化激元电激发首次实现

科技日报北京3月20日电 （记者张佳欣）据最新一期《自然》杂志报道，美国纽约市立大学研究人员在创造新型光热材料方面迈出重要一步：他们首次实现了一种利用电流激发声子极化激元的新机制，为开发更低成本、更小巧的长波红外光源和更高效的冷却设备开辟了新途径。

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声子极化激元是一种独特的电磁波，当光与材料晶格结构中的振动相互作用时，就会产生这种波。它具有许多独特性质，例如能将长波红外光的能量集中到极小的体积内，甚至小到几十纳米，还能形成高效热传导通道。这种“光热双优”的属性使其成为亚波长成像、分子传感器、电子器件内热管理等应用的理想选择。

此次发现的关键在于，研究团队将单层石墨烯嵌在两块六方氮化硼（hBN）之间，构建出一种“三明治”结构。hBN中的双曲声子极化激元（HPhP）如同在材料内部反复折射的光线，与石墨烯中高速移动的电子发生强烈碰撞。电子与HPhP碰撞时，会将多余的能量转移给HPhP，而HPhP会迅速将热量扩散到更大的区域。

实验发现，仅施加1伏特/微米的微弱电场，石墨烯中的电子就如同被注入能量的赛跑选手，能与HPhP发生高效散射，这凸显了HPhP电致发光的效率。该研究首次实验证明，仅通过电学方法就能激发声子极化激元。

研究还揭示了HPhP电致发光背后有趣的物理原理。当石墨烯中的电子浓度较低时，HPhP以带间跃迁形式发射。然而，在较高的电子浓度下，HPhP发射则通过石墨烯中的带间跃迁和带内切伦科夫辐射同时进行。

实现声子极化激元的电致发光，不仅为开发纳米级长波红外或太赫兹光源开辟了新途径，还为能源应用带来了新机遇。从下一代分子传感到改进电子设备的热管理，这一创新有望为节能紧凑型技术带来变革。