廣東
從宏觀宇宙到微觀原子
人類對物質世界的認知
不斷向更小尺度推進
近日，上海交通大學戴慶教授團隊
發展出一種能夠感知皮米
（萬億分之一米）級變化的
極化激元探測技術
為觀測材料內部原子層間的微小變化
提供了全新手段
相關研究成果
登上國際學術期刊《自然》
該研究建立了一種基于雙曲聲子極化激元的新型光學技術，實現了對范德華材料層間微小形變的探測。研究團隊在六方氮化硼（hBN）及其異質結體系中，揭示了原子尺度層間應變調控與光學響應的依賴關系，為納米器件界面應力表征提供了技術支撐。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10638-w
范德華（vdW）層狀材料能夠承受巨大的應變場，這使其成為通過應變工程調控材料電子、光學以及磁學性能的重要平臺。前期研究已能利用拉曼光譜或光致發光技術實現材料面內應變的二維空間成像。然而，目前針對材料面外（層間）方向形變的無創表征方案仍然缺乏，而這些微小的層間形變卻對微納光電器件的整體性能具有顯著影響。
針對這一“看不清、摸不著”的表征難題，聯合研究團隊建立了一種基于極化激元的光學表征模型，巧妙利用面外雙曲聲子極化激元（oHPs）模式，實現了對范德華極性絕緣體——六方氮化硼（hBN）中層間形變的高靈敏度無損探測。其物理機制在于：當范德華材料的層間距被壓縮時，其面外橫光學（oTO）聲子會發生“軟化”（即頻率紅移），對層間距的微小改變極其敏感；但oTO聲子具有暗態特性，在常規光譜難以直接表征。由于 hBN 的面外雙曲聲子極化激元色散特性由其面外縱光學（oLO）聲子 和oTO聲子共同決定，oHPs 的頻率變化能準確反映oTO聲子的軟化紅移(圖1)。通過這一機制，微小至皮米級的晶格層間畸變被放大為紅外光譜中清晰可測的特征頻移，為微納應變工程與光學精密測量提供了新思路。
圖1. oHPs探測層間形變的概念模型與理論基礎
為驗證該方案的有效性，研究團隊首先針對hBN開展了高壓遠場紅外微區光譜的實驗。結果表明，隨著壓力的增加，hBN 晶格層間距不斷壓縮，其中 oTO 聲子頻率顯著降低，而 oLO 聲子頻率幾乎保持不變，導致光譜中 oHPs 共振峰出現顯著且連續的紅移。隨后，團隊構建了碲量子點—氮化硼納米管（Te-QDs/BNNT）異質結模型，并借助電子能量損失譜觀測到，嵌入管壁缺陷的 Te 量子點對 BNNT 的局域層間距產生了顯著壓迫（圖2）。通過上述系列實驗，研究團隊成功實現了對約10皮米量級微小層間位移的探測。
圖2 納米尺度復雜非平面異質結埋藏界面的定域oHPs形變傳感
綜上所述，該研究突破了傳統光學在探測面外隱藏晶格畸變方面的局限，成功揭示了材料微觀形變與納米光學模式響應的依賴關系。未來，該技術有望在范德華異質結應變工程以及芯片封裝局部應力分析等領域發揮作用。
聲子極化激元技術探測層間形變的概念示意圖
上海交通大學戴慶教授、國家納米科學中心楊曉霞研究員、北京大學高鵬教授和蘇州實驗室丁峰研究員為共同通訊作者；國家納米科學中心博士研究生張姝、上海交通大學長聘教軌副教授郭相東、北京大學物理學院博士后張瀟文和蘇州實驗室博士研究生楊佳姝為論文共同第一作者；上海交通大學材料科學與工程學院博士后吳秉澤，博士研究生蘭永鑫、史靖和馮凱駿參與了相關研究工作。研究獲得了科技部重點研發計劃和國家自然科學基金等項目資助。
來源：上海交通大學
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
