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原创丨彤心未泯（学研汇技术中心）
编辑丨风云
研究背景
折射是光学中的一种基本现象，即光线穿过两种介质的分界面后发生方向变化。假如折射光与入射光出现在界面法线的同左边，则觉得折射为"负"。这些不常见的现象在介电常数e和磁导率m同时为负的人工超材料和超晶格中得到了证明。主轴旋转错位的各向异性超结构之间的界面也可以实现负折射。
关键问题
但是，负折射的相关研究仍存在以下问题：
1、双曲材料的负折射现象仍需进一步探究
双曲材料(HMs)提供了极大的各向异性，其混和的光-物质模式-极化铌酸锂-被预测在悉心设计的界面上表现出半角负折射光折射时波长会变化吗，但尚未被证明。
2、负折射的深入探究具有重要意义
负折射改变了光的放大和发射以及非线性光学，也可能造成捕获光和"完美"透镜效应。
新思路
有鉴于此光折射时波长会变化吗，罗马尼亚学院A.J.等人可视化了声子极化铌酸锂的负折射现象，它发生在两个天然晶体的界面处。红外光子和晶格震动的极化铌酸锂介孔产生的准直光线在通过两个双曲vanderWaals材料：氧化钼(MoO3)和核素纯六方渗碳硼(h1111BN)之间的平面界面时显示负折射。在特定的频度w0下，这种光线可以顺着闭合的矩形轨迹循环。作者证明：极化铌酸锂本征模显示了由极化声子基态敌视和强耦合引起的多个间隙中断的正色散和负色散区域。
技术方案：
1、阐明了双曲异质双晶体中的极化铌酸锂
作者详尽阐述了极化铌酸锂的负折射过程，并通过使用扫描近场光学显微镜(SNOM)可视化极化铌酸锂。
2、观察了异质双晶体的负折射
作者通过纳米成像数据明晰显示了h11BN-MoO3异质双晶体的负折射，并通过实验观察结合模拟，解析了异质双晶体负折射过程。
3、揭示了异晶双晶体色散中的波谱间隙演化规律
阐述了异双晶极化元的频动量色散(ω,qx)及其对观测到的负折射的影响，阐明了极化声子波的波长随着入射红外光频度的变化规律，表明了双晶体中的极化铌酸锂是耦合模式。
技术优势：
1、探究了先前未开发的一类双曲异质双晶体中的极化元
研究了先前未开发的一类双曲异质双晶体中的极化元，由两个薄晶体组成，氧化钼(MoO3)和核素纯六方渗碳硼(h1111BN)。
2、揭示了异质双晶体内部的局域化、负折射和极化电子射线的闭环循环
作者借助高波谱纳米成像数据阐明了h11BN-MoO3异质双晶体内部的局域化、负折射和极化电子射线的闭环循环。观测到的效应中心是极化激子色散的间隙，这是从极化激子波的高波谱图象中提取下来的。
技术细节
双曲异质双晶体中的极化铌酸锂
h11BN(晶体A)和MoO3(晶体B)的双曲电动热学都是由强偶极有源声子形成的。这种共振沿起码一个主轴驱动介电常数为负，其中正的“类介电”正介电常数沿剩余的主方向被保留。一般把极性材料的电磁模称为极化铌酸锂，作者在文中详尽阐述了极化铌酸锂的负折射过程。为了可视化极化铌酸锂，使用扫描近场光学显微镜(SNOM)。在SNOM检测中，原子力显微镜的金属化尖端以亚衍射空间帧率侦测光学效应，大致由尖端的直径给出，约为20纳米。为了满足h1111BN和MoO3重叠波段频度内的准单色迸发需求，生成了波谱带宽−1的开核带中红外脉冲。
图双曲异质双晶体中的极化铌酸锂
异质双晶体的负折射
纳米成像数据明晰显示了h11BN-MoO3异质双晶体的负折射。在氢氧化铝(SiO2)表面勾画长度为2ω≈750nm的金条带。条带沿y轴的锋利边沿提高了红外场，迸发了双晶体中的极化元。MoO3晶体被放置在发射装置的底部，其c轴垂直于条带。获得了气温T=99K时散射振幅|s|的图象，以使损失最小化。在MoO3表面采集的|s|图象支持了MoO3中圆柱形射线传播的概念，这是双曲介质的特点。接出来，在异双晶体底部观察纳米光学硬度，测量到两个峰之间有相当大的硬度，与负折射引导双曲射线到双晶体底部和顶部表面相同的纵向位置是一致的。
图极化铌酸锂的负折射
异晶双晶体色散中的波谱间隙
之后阐述了异双晶极化元的频动量色散(ω,qx)及其对观测到的负折射的影响。根据既定的程序，搜集了频度相关的近场振幅作为距离双晶体边沿X的函数的高波谱数据。通过高波谱数据观测阐明了极化声子波的波长随着入射红外光频度的变化规律，表明了双晶体中的极化铌酸锂是耦合模式。据悉，作者通过模型预对焦谱间隙的大小与极化子的速率成比列。异双晶极化元符合强模式耦合的定义:间隙的大小超过了模式的线宽。
图异晶双晶体色散中的波谱间隙
展望
其实，在这项工作中，作者介绍了双曲异质双晶极化铌酸锂，发觉h11BN-MoO3的界面极化元可以表现出负折射、光谱间隙、强耦合和局部化。异质双晶体的这种属性与使用HMs的光子应用广泛相关。据悉，异质双晶体中的极化铌酸锂可以聚焦到亚衍射限制的光斑大小，这可以通过负折射实现完美的透镜。但是，可获得的焦点可能遭到外部诱因的限制，包括晶体耗损和不健全的极化铌酸锂发射器。据悉，类似于Fabry-Pérot腔，负折射可以造成幅射在异双晶体纳米腔中以封闭循环传播。介质耗损依然是一个挑战，但可以通过主动耗损补偿来减缓。
参考文献：
A.J.,etal.in-.,2023,379(6632):555-557.
DOI：10.1126/.
同步幅射丨球差电镜丨FIB-TEM
原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
加急测试
李老师
学研汇技术总监
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