Nature+1！地大研究团队首次在稀土晶体中发现双曲声子极化激元

双曲材料因其独特的电磁特性被视为纳米光子学的核心载体之一，但其光学响应被限制在固定的双曲频段，极大限制了应用潜力。7月17日，中国地质大学（武汉）李国岗教授、戴志高教授团队联合新加坡南洋理工大学王岐捷教授、胡光维（南洋助理教授）团队在《自然》（nature）发表论文《非双曲材料中发现长程双曲极化激元》。该研究首次在非双曲晶体钒酸钇（YVO₄）中观察到双曲表面声子极化激元，突破了学界对双曲极化激元依赖“本征双曲材料”的传统认知，提出了“非双曲极化激元”新范式。

图1 （a）传统双曲材料与钒酸钇晶体的介电张量符号关系及双曲范围；（b）基于钒酸钇晶体的温度驱动光学拓扑转变

图2 材料与化学学院“无机光电子信息功能材料与器件”研究团队，前排左二为刘璐、左四为李国岗、左五戴志高

该研究成果由中国地质大学（武汉）材料与化学学院“无机光电子信息功能材料与器件”研究团队完成（团队负责人：李国岗教授），主要完成人为青年教师戴志高教授和2021级博士研究生刘璐（戴志高教授首位博士研究生）。团队一直围绕国家稀土新材料和湖北省光电子信息领域的重大需求开展研究工作。稀土材料因其独特的光、电、磁、催化等性能，被誉为“工业维生素”，在现代高科技领域中扮演着不可或缺的关键角色。本项研究以稀土晶体钒酸钇为平台，通过实空间纳米成像与理论分析，在该材料的非双曲频段内发现了具有双曲色散特征的表面极化激元。通过温度调控，团队实现了极化激元从双曲型到椭圆型的光学拓扑相变，并揭示其低损耗、长距离传播特性。该研究极大拓展了极化激元可调控性的频谱范围和双曲材料库，并拓展了稀土材料在极化激元纳米光子学领域的新应用，可为高灵敏传感、超分辨成像等应用提供关键支撑。

论文第一作者为材料与化学学院2021级博士研究生刘璐，南洋理工大学熊浪浪博士、王重午博士后和白毅华博士后，通讯作者为材料与化学学院李国岗教授和戴志高教授、南洋理工大学王岐捷教授和胡光维（南洋助理教授）。该研究得到了国家自然科学基金、新加坡国家研究基金、中国地质大学（武汉）中央高校基金等多项资助。材料与化学学院为第一完成单位，深圳研究院、地质探测与评估教育部重点实验室为参与完成单位。

（来源：中国地址大学武汉）