［本站讯］近日，物理学院赵明文团队在二维等离激元光子学领域取得进展。团队提出了一种基于二维材料与各向异性衬底之间的扭转工程，将剪切双曲极化激元从声子体系推广到等离激元体系，并把工作频率从红外波段扩展至可见光波段。相关研究成果以“Hyperbolic Shear Plasmon Polaritons in a Twisted Anisotropic 2D Material”为标题，发表于物理学顶级期刊Physical Review Letters。该论文第一作者为2024级博士研究生杜岳衡，通讯作者为赵明文教授，山东大学为唯一完成单位。
极化激元是光子与等离激元、声子等准粒子强耦合形成的光-物质耦合激发态，其中双曲极化激元因其特殊的双曲等频面，可在亚波长尺度上实现光与物质相互作用增强与微纳能量调控。双曲剪切极化激元，因非对称损耗分布与旋转光轴特性，展现出更优异的传播方向性和场局域能力，在纳米光子学领域具有广阔的应用前景。但是，三维材料中的双曲剪切声子极化激元，受限于光学声子频率仅能工作于红外波段，且受声子电荷中性约束可调谐性不足，无法满足超透镜、超分辨成像等前沿技术对可见光频段、高可调谐极化激元的需求。
针对这一挑战，团队提出了基于扭转工程在天然二维材料中产生双曲剪切等离极化激元的新策略。研究发现：各向异性二维材料与衬底的扭转堆叠，可打破材料本征镜面对称性，诱导出电导率张量的非对角横向分量，为双曲剪切效应提供核心条件；证明二维体系中双曲剪切等离激元的非对称损耗源于波矢实部与虚部的取向失配，揭示了产生这一现象的微观物理机制与对称性要求。在此基础上，团队系统阐明了该类极化激元的多维度调控规律，证明通过静电掺杂与扭转角调控，可对极化激元关键特性实现连续可逆调制，从而突破了传统声子体系无法进行电学动态调控的固有瓶颈。团队以单层MoOCl2为研究对象，利用第一性原理计算和数值模拟相结合的方法进行了可行性验证，结果显示该体系可在近红外至可见光波段稳定激发双曲剪切等离激元，工作频率范围达272~634 THz，较现有声子体系高出两个数量级，具备优异的应用潜力。
该研究首次证明在天然二维材料中可以产生可见光波段的双曲剪切等离极化激元，实现了材料对称性工程与多维度性能调控的有机结合，不仅填补了该领域宽频段、高可调谐剪切极化激元体系的研究空白，也为前沿纳米光子技术提供了全新的材料平台与实现路径。
