研究透视：Nature-幽灵双曲表面极化子，块体各向异性晶体中

各向异性材料中的极化子，导致奇异的光学特征，可实现纳米级光调制。到目前为止，这些极化子仅限于两类：在材料内部传播的体极化子，和远离界面呈指数衰减的表面极化子。今日，华中科技大学李培宁，新加坡国立大学仇成伟，纽约城市大学Andrea Alù等在Nature上发文，报道了对幽灵声子极化子的近场观察，在极性单轴晶体的表面以面内双曲色散传播，同时在体中表现出倾斜的波导。幽灵极化子，是麦克斯韦方程组的非典型非均匀表面波解，产生于光轴，相对于界面倾斜的单轴材料表面。与从界面完全消逝的传统表面波形成对比，幽灵极化子表现出不寻常的双态性质，在晶体内同时传播（相位推进）和消逝（衰减）。

真实空间近场成像实验，揭示了远距离（超过 20 微米）、深亚波长幽灵极化子在表面上的类射线传播，验证了长距离、定向和无衍射极化子传播。同时，表明控制光轴的平面外角度，可以在固定频率下，实现双曲线到椭圆拓扑的转变，为定制表面极化波的能带拓扑提供了一条途径。研究结果证明了极化波现象，具有在天然各向异性晶体中，定制纳米级光的独特机会。

图1 块状方解石晶体界面处的幽灵双曲表面声子极化子。（图源：Nature）

图2 块体方解石表面，在斜平面波照射下，由红外线激发 g-HPs 的真实空间成像。（图源：Nature）

图3 发射高度受限的 g-HP，用于面内定向和无衍射极化子传播。（图源：Nature）

图4 方解石中极化子的可调双曲性和拓扑转变。（图源：Nature）文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03755-1

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03755-1

本文译自“Nature”。