Nature Materials: 上海交通大学戴庆、国家纳米科学中心胡海揭示纳米光子器件信号耦合新策略

近日，上海交通大学戴庆教授，国家纳米科学中心胡海副研究员团队联合美国纽约城市大学Andrea Alù教授，华中科技大学李培宁教授，在纳米光子器件互联领域取得重要突破，相关研究成果发表在Nature Materials上。

在纳米光子学领域，如何在片上实现跨结构、高效的光信号传输是制约器件集成度提升的关键难题之一。极化激元是由物质中光的集体振荡形成的独特界面电磁波，能够在纳米尺度上实现强场增强。由于其显著的光场压缩、低损耗和极端各向异性等特性，在片上集成等方面具有重要的应用前景。然而，极化激元倏逝场性质限制了其跨界面传输，阻碍了进一步开发可实际应用的片上光子器件。在另一个不同领域，漏波是沿着传输线或波导等引导结构传播并将能量泄漏到周围介质的电磁波，通常用于高效远场辐射。这种操控远场光波在不同结构之间泄露的方式，为解决上述近场下极化激元跨结构传输挑战提供了新思路。

研究团队巧妙地将双曲极化激元的强场局域性与漏波的定向辐射能力相结合，在一维和二维混合维度范德华异质结中实现了新型平面极化激元尾流。该模式利用泄漏“极化激元尾流”来平衡其倏逝场，从而有效解决极化激元的跨界面、跨结构传输问题，反过来，高度压缩的极化激元也可以将泄漏模式转向平面化和小型化。研究人员通过在双曲材料α-MoO3上构建的极化激元波导天线作为激发源，使高速传输的极化激元从波导向下泄漏至背景材料中，通过干涉形成具有方向性的“极化激元尾流”，其形态类似于水面上的船尾波。研究显示，这种平面“尾流”不仅能够实现跨结构传输，而且其泄漏方向、对称性和速度可通过调控异质结转角和厚度灵活调制。

本研究将极化激元的纳米尺度约束与漏波的定向远场发射特性相结合，展示了泄漏型“极化激元尾流”的物理现象，解决了极化激元跨结构传输挑战，并进一步将其推向可控、集成的器件层面，在实现极化激元之间远程互联、波束引导、方向性调控等方面展现出巨大潜力，助力极化激元在集成纳米光子回路中的应用。

7月31日，相关研究成果以Flatland wakes based on leaky hyperbolic polaritons为题，在线发表在Nature Materials期刊。上海交通大学戴庆教授，国家纳米科学中心胡海副研究员，美国纽约城市大学Andrea Alù教授为该文章的共同通讯作者；国家纳米科学中心博士后陈娜，上海交通大学博士后滕汉超是共同第一作者；华中科技大学李培宁教授对论文提供了宝贵见解。上述研究工作获得了国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的支持。

图1. 双曲极化激元平面漏波的概念图。通过构筑纳米尺度的混合维度异质结（条带和薄膜），激发波导上极化激元传输并泄漏到平面薄膜，实现纳米光子器件信号耦合新策略。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02280-0

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