Nano Letters |?基于层状范德华材料的原子空隙通道波导

论文导读

      对光进行远超出衍射极限的操控一直是一个活跃的研究领域，对许多应用至关重要，包括量子控制、近场成像、传感、光学操纵和高速互连等。使用等离子体纳米结构可以实现亚波长级别的光操控，但它们固有的损耗特性限制了可能的应用范围；使用全电介质结构可以减少光损耗，但其较小的折射率又限制了操控光的能力。最近，加州大学洛杉矶分校和约翰霍普金斯大学的科研人员利用层状范德华材料制作了原子空隙通道波导，该工作“Atomic-Void van der Waals Channel Waveguides”发表在Nano Letters上，为低损耗和深亚波长光学器件的发展铺平了道路。

研究背景

      层状范德华材料具有独特的光学、电子和机械性能，它们层间键合允许隔离具有自然钝化平面的单个原子层，从而实现具有埃米尺度特征的结构。其中一个有趣的应用是制作“原子空隙”，通过将层状范德华材料中一个或几个原子层有选择性地移除就可以创建原子级薄通道。对这种原子空隙通道的研究揭示了新颖的传输物理学，包括弹道分子传输、离子传输的场效应转换以及奇异的界面现象等。将光耦合到原子空隙通道可以实现在单个分子水平上精确控制物理和化学过程，以及高精度量子传感和量子操控，是极具前景的研究领域。

技术突破

      本文从理论上研究了原子空隙通道的光波导效应，由于层状范德华材料在不同波长上表现出异常高的折射率以及具有原子级光滑表面的特性，因此能够表现出强共振、激子和极化子，非常适合制作深亚波长光波导。本工作的研究结果表明，在可见光和近红外光的通道中，激子过渡金属二硫化物可以挤压大于70%的光功率；对于中红外波段，六方氮化硼的极化子共振则允许其进行深亚波长的引导。

观点评述

      本文提出了一种基于层状范德华材料的原子空隙通道波导，利用范德华材料层间键合允许隔离具有自然钝化平面的单个原子层，实现了具有埃米尺度特征的波导结构，可以对光进行远超出衍射极限的操控，对量子控制、近场成像、传感、光学操纵和高速互连等应用领域具有重要意义。