2023年10月31日，Photonics Insights第五场线上直播活动圆满收官，今年第一期封面文章——“Optical Properties and Polaritons of Low Symmetry 2D Materials”综述论文的通讯作者、复旦大学晏湖根教授从各向异性二维材料极化激元的基本性质展开介绍，并聚焦于双曲型极化激元（包括声子、激子、等离激元等）进行科学剖析，随后分享了从椭圆型到双曲型的光学拓扑转变的调控，最后对本领域的研究前景进行了展望。

       晏教授的分享生动活泼，不仅通俗易懂，而且内容丰富全面。他用简洁明了的语言和大量实验案例支撑报告中的概念和理论，帮助听众将理论知识和实际应用联系起来，为初学者提供了重要指导，同时，初学者也能进一步学习专业知识及领域内前沿动态。

       这场直播如同一场知识与智慧的盛宴，让观众们耳目一新！直播间内的互动环节更是引发了观众们的热议和积极参与，留言不断，反响十分热烈！为了更好地呈现大家的问题，我们将部分具有代表性的问题进行以下整理，快来看看吧！

Q1：关于未来探索更多种类的双曲极化激元并予以人工调控，您可以简要阐述研究思路以及可能面临的挑战吗？

A1：建议可以特别关注那些在电学性质方面已经被发现具有一定各向异性，但在光学方面暂未探索出极化激元特性的二维材料。最好能够事先自行开展理论预测，然后再进行测量。

       关于未来的挑战——一方面，一些各向异性二维材料难以通过机械剥离的方法得到面积可观的薄膜，因此需要研究用于剥离大面积薄膜的方法，例如采用蒸镀金属或者Al₂O₃等；另一方面，实现本征调控甚至动态调控（例如电学调控）仍然存在较大的挑战，可以考虑离子液体、元素插层这类调控能力比较强的手段。

Q2：请问能否通过近场光学显微镜，在实空间对WTe₂面内双曲等离激元的传播进行观测？

A2：应该可以做到，但截至目前这方面的实验还未真正落地。主要原因是：一方面，实验所需材料必须处在低温（至少在液氮温度）环境下；另一方面，波长范围在16~23 μm（靠近远红外范围），没有特别好的光源条件，可能目前有一些自由电子激光器的波长范围是可以覆盖的。但总的来说，此类观测实验对于实验设备的挑战性非常大。

Q3：针对上一个问题，目前西班牙SNOM（Scanning Near-field Optical Microscope，扫描近场光学显微镜）的工作波段是否有限制？您研究的体系是否都能用该系统来测量？

A3：SNOM对波长的限制很大，一般而言，工作波段在10 μm左右比较合适，除此之外，1~2 THz波段也在逐步发展。但依然有部分波段范围的测量不够理想，因此需要依靠宽谱的自由电子激光器等仪器。再者，除了光源波长的限制外，极化激元的品质因子或者传播距离（寿命乘以群速度）也是影响SNOM测量的重要因素，用该设备测量具有高品质因子的极化激元更便捷和准确。因此，并不是所有的体系都适合用SNOM进行近场测量。

Q4：如果将超构光学与二维材料的研究结合起来，您是否能给读者提供一些畅想空间？

A4：将这两者结合会有非常大的机遇和应用前景。二维材料具有良好的调控性，而传统超构材料的调控性不佳，如果将其与二维材料结合，就可以利用能带工程的方式对光学性质或者工作波长进行调控，例如电场效应、压力、应变、掺杂、插层等。

       另一方面，如果将超构材料或超构表面母体材料的范围扩大至二维材料，便可以利用二维材料本身高度的可调控性与易加工性，以及天然各向异性、天然负折射、甚至天然双曲性等多种光学特性实现多种预期应用，包括但不限于非线性、光学手性、极化激元聚焦等。

Q5：双曲极化激元中的双曲指的是什么？在它之外还有别的极化激元吗？有什么差异？

A5：双曲指的是等能线或等能面是双曲线或双曲面。除此之外，还有一种椭圆型极化激元，其等能线或等能面是椭圆或椭球，例如WTe₂既存在双曲型极化激元，也存在椭圆型极化激元，但一般波数低于四百的等离激元是椭圆型，波数在四百至六百多的等离激元是双曲型。

       相对来说，双曲型的极化激元更加新奇。例如，双曲等频线是发散的，可以沿着渐近线方向无限延伸。因此，在理论上双曲极化激元具有无穷大的动量以及光学态密度，可以用于增强自发辐射。而且双曲极化激元具有定向传播特性，在平面光学领域具有重要的应用价值，例如负折射、成像与聚焦等。

Q6：目前实验结果展现了各向异性极化激元的很多本征特性，各向异性极化激元的各类应用方面的实验进展是怎么样的？

A6：真正的应用还尚未报道，但目前科学家们已经做了很多研究，例如双曲型的声子极化激元传播的调控，其展现出来的各种特殊性质，包括面内的传播、汇聚等都已经有了诸多优秀的研究成果，为实际应用打下了坚实的基础。本次报告中提到的双曲型声子极化激元的品质因子比较高，其传播距离较远，若与石墨烯相结合便能很好地应用其调控特性，相信未来会有广阔的应用前景。

Q7：请问黑磷的介电参数大约是多少？和厚度有关吗？黑磷直接铺在金属上是否会影响黑磷的特性？

A7：黑磷块材的介电常数约为12。当厚度低于5 nm时，介电函数随着厚度的改变也会产生明显的变化，这是由于能带结构发生了较大改变。如果将黑磷直接铺在金属上，其荧光会在很大程度上淬灭，并且由于屏蔽效应，激子的束缚能和稳定性都会减小。

Q8：针对提到的20层和30层黑鳞的光电导几乎不变，请问是将光电导除以厚度了吗？

A8： 对的，本报告中是将二维光电导除以厚度得到的结论。这也意味着，通常意义下三维光电导在20~30层时几乎保持不变。

直播完整回放

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直播嘉宾简介

       晏湖根，复旦大学谢希德青年特聘教授。2004年本科毕业于复旦大学物理系，2010年于美国哥伦比亚大学物理系获得理学博士学位，2010-2013年在美国IBM公司沃森研究院做博士后工作，并于2013年7月晋升为IBM研究员。2015年1月受聘为复旦大学物理系教授。主要从事纳米材料的光谱研究，对二维材料有多年研究经验，并取得一系列成果。迄今在Nature, Nature nanotechnology, Nature Photonics, Nature Communications, Physical Review Letters等国际期刊发表论文70余篇，引用13,000余次，是Elsevier中国高被引学者，Stanford大学评选的全球前2%顶尖科学家。2013年入选海外高层次人才计划青年项目、上海市“东方学者”，2014年入选上海市海外高层次人才计划。曾获IBM杰出成就奖、IBM发明成就奖、Pat Goldberg奖和全国高校物理基础课程青年教师讲课比赛二等奖。

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