内容介绍

在纳米尺度实现高效可控的光调制，已成为下一代光电子器件与芯片互连技术发展的关键挑战。作为光与物质强耦合作用产生的准粒子，极化激元具有突破传统衍射极限的独特优势，可在纳米乃至原子尺度上实现光场的精确调控，为光子芯片集成和高速光通信等前沿领域提供了重要的物理基础。

然而，现有调控技术仍存在明显局限性：一方面，基于材料介电特性调控的方法（如晶面工程和超构设计等）普遍面临调控频率范围有限和能量损耗较大的问题；另一方面，依赖模式杂化的方案则受制于严格的动量匹配要求，导致大动量模式下的耦合效率显著降低，这些因素都严重制约了器件的实际性能和应用前景。

为应对这一挑战，研究团队创新性地提出了“声子工程”调控策略，成功实现极化激元拓扑结构的深度重构。该策略利用氧化钼中的各向异性声子振动来调控氮化铝表面极化激元模式，首次将原本呈圆对称分布的表面极化激元转化为双曲渐近线型极化激元，突破了传统拓扑调控依赖界面结构设计或动量匹配实现模式杂化的局限。该方法无需额外结构设计，规避了苛刻的动量补偿要求，标志着在高对称性半导体材料中实现极化激元拓扑调控的一项重要突破。

在此基础上，研究团队通过精准调控各向异性声子振动，进一步实现了极化激元在带宽、无衍射、零相位及高定向传输等关键特性上的全面调控。这一声子工程驱动的普适性拓扑调控策略可广泛适用于多种半导体材料体系，为构建片上超紧凑光子信息通道拓展了新的自由度。未来，有望在指甲盖大小的芯片上集成高性能光子电路，推动信息技术向更高速、更低功耗和更高集成密度方向发展。

相关成果以“Phonon Engineering Enables Hyperbolic Asymptotic Line Polaritons”为题在线发表在Nature Nanotechnology。上海交通大学戴庆教授、郭相东副教授、香港大学张霜教授、东北师范大学刘益春教授、国家纳米科学中心杨晓霞研究员为论文共同通讯作者；博士生张姝和马朴一以及助理研究员游欧波为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划纳米科技专项等资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-025-02090-0