第一作者：Weiliang Ma、PabloAlonso-González、Shaojuan Li

通讯作者：Pablo Alonso-González、Rainer Hillenbrand、Qiaoliang Bao

第一单位：苏州大学

研究亮点：

1. 发现天然范德华晶体MoO₃具有面内双曲性。

2. 利用面内双曲性实现光的限域，助力光学器件的微型化。

自然界中许多晶体材料都表现出双折射行为，在不同的方向，折射率不尽相同。利用这一现象，可以实现对入射光的操纵。由于晶体尺寸和入射光波长以及双折射强度成比例关系，3-300 μm区域的中远红外光往往需要几个厘米厚的晶体才能实现，这无疑限制了光学器件的微型化趋势。

如何解决这一问题呢？双折射材料中有一种极端形式：双曲性材料。常规材料光折射轴一个在面内，一个在面外；而双曲性材料折射光的两个垂直轴在同一面内。这一特性使得光学元件尺寸可以变得超薄，而且可以使光限域在不足百分之一波长的极小范围内。

有鉴于此，苏州大学鲍桥梁团队与西班牙奥维耶多大学Pablo Alonso-González、西班牙巴斯克科学基金会RainerHillenbrand团队合作，在天然范德华晶体α-MoO₃中发现并操纵了面内各向异性的红外极化现象。

图1. 操纵红外极化

双曲性光学材料溯源

长期以来，人们都以为双曲性只存在于人工晶体材料中。直到2014年，科学家在六方氮化硼天然材料中发现了双曲性。研究表明，这是由于晶格以高度各向异性的方式共振所导致，这些光子具有更长的寿命，抑制了材料对光的吸收。

自从氮化硼以来，一大批天然双曲性材料相继被开发，包括MoO₃。

本文特色

本文研究团队发现MoO₃在8-14 μm波长区间具有面内各向异性双曲性，并利用该性能将光限域在比其波长更小的区间，形成光-物质激发的双曲性光子。这种光子最高寿命可达到20 ps，是六方氮化硼所报道最高值的10倍。

总之，这项研究再一次证明，自然界比我们想象的要更加强大。纳米光学的未来不仅仅是人工高性能材料，天然材料或许将发挥更多作用！

图2. α-MoO₃物理性质

图3. α-MoO₃实空间成像和纳米光谱

图4. α-MoO₃光学性能

图5. α-MoO₃厚度与光学性能调控

作者简介：

鲍桥梁，2000年毕业于武汉理工大学并获得材料学学士学位，2007年获得武汉大学工学博士学位，博士专业方向是材料物理与化学。2007年博士毕业后先后在南洋理工大学和新加坡国立大学从事博士后研究。2012年加盟苏州大学功能纳米与软物质研究院,2013年获江苏省“双创人才计划”资助和苏州市高等院校、科研院所“紧缺高层次人才”引进资助。

参考文献：

Weiliang Ma, Pablo Alonso-González, ShaojuanLi, Rainer Hillenbrand, Qiaoliang Bao et al.In-plane anisotropic andultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal. Nature 2018.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0618-9