通过Plasmonics作用能对超过光学衍射极限的光调控，并在光子器件、生物传感、超高分辨成像等领域有应用前景。但是，plasmonic器件中通常伴随着寄生欧姆损耗（parasitic Ohmic loss），对器件的性能产生较大的影响。因此，研究者长期以来尝试寻找贵金属以外的这种损耗更低的材料，进而改善plasmonic器件的性能。南京大学祝世宁、朱嘉、周林，北京大学马仁敏，浙江工商大学，佐治亚理工学院等报道了一种Na基plasmonic器件，并且在红外区间展现出较好的性能。由于Na的高化学反应性，通过气相沉积方法难以获得较高质量的Na薄膜。作者基于热处理旋涂方法制备了高质量的Na基薄膜材料，展现了高达0.42 ps电子弛豫时间，直接波导实验（direct-waveguide experiment）结果显示界面上plasmonic极化子的传播距离达到200 μm。此外，作者发现，室温条件中器件的激光阈值（lasing threshold）在近红外区间达到140 kw/cm²，这个结果比之前报道的红外区间结果更好。得到的plasmonic器件在环氧树脂（epoxy）包装后具有大气氛围中长达数月的稳定工作性能。这个结果说明，非贵金属基plasmonic材料具有较好的性能，并且可能在plasmonics，纳米光子学，超材料中有应用前景。

本文要点：

（1）

得到的Na基plasmonic器件的电子弛豫时间为Ag基plasmonic器件的两倍。Na薄膜的制备过程中，首先将Na加热到160 ℃并形成液滴，并且在加热过程中，杂质会扩散到表面上，通过将其剥去能将Na进行纯化，随后将熔化后的Na液滴旋涂到粗糙度＜0.1 nm的SiO₂基底上，通过旋涂处理实现快速形成固体薄膜。通过光谱椭偏仪对400~1500 nm范围内的介电性能表征，对薄膜的欧姆损失情况进行测试，用Dude-Lorentz模型进行模拟。结果显示德鲁德阻尼率（Drude damping rate），发现电子弛豫时间为0.42 ps，比Ag的电子持续更高（Ag的电子弛豫时间为0.2 ps）。

参考文献

Yang Wang, Jianyu Yu, Yi-Fei Mao, Ji Chen, Suo Wang, Hua-Zhou Chen, Yi Zhang, Si-Yi Wang, Xinjie Chen, Tao Li, Lin Zhou*, Ren-Min Ma*, Shining Zhu*, Wenshan Cai* & Jia Zhu*

Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near infrared，Nature 2020, 581, 401-405

DOI：10.1038/s41586-020-2306-9

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9