最新Science：利用自由電子對二維極化波包動態進行時空成像

木文韜 2年前 (2021-06-11) 6098瀏覽

【引言】

二維（2D）材料中傳播的光學極化子對新興的光電子和納米光子技術產生了影響。這些極化子表現出相對較低的損耗和較長的傳播距離，同時具有極端的限制因素，這有利于它們的光-物質相互作用。研究人員利用2D極化子的獨特特性，將它們集成到依賴于光的時空控制的超快光學技術中。傳統的超快光學領域利用脈沖整形和色散工程實現這種控制，例如在光子波導中是有用的。利用2D極化子實現類似的控制，可以促進2D極化子材料在成熟科學技術領域的整合，并有助于對其基本認識。然而，2D極化子波包的時空控制仍然仍然遙不可及，原因是：它們的波長非常小，并且被強烈地限制在材料內部。為了獲得具有納米級的空間分辨率和飛秒級的時間分辨率的2D極化子及其波包的時空動力學特性，需要新的能力。在這方面，考慮表現出雙曲色散的材料中的波包是特別有趣：雙曲材料中的極化子表現出豐富的物理行為，從負折射和亞衍射成像到有效霍金輻射。雖然最初在超材料中觀察到雙曲色散，但2D材料中的聲子極化子（PhP）也表現出雙曲色散；聲子共振產生了一個包含多個分支的色散關系，該色散關系可以通過2D材料的幾何形狀、厚度和周圍環境進行調整，即使在室溫下也能以相對低的損耗達到高限制。

【成果簡介】

今日，在以色列理工學院Ido Kaminer教授和巴塞羅那科技學院Frank H. L. Koppens教授（共同通訊作者）團隊等人帶領下，利用飛秒中紅外脈沖驅動的超快透射電子顯微鏡，對2D波包動態進行了從形成到衰減的時空測量。相干激發聲子極化波包并以非破壞性方式探測其演化的能力揭示了有趣的色散相關動力學，包括多分支波包的分裂，波包的減速和加速。了解2D波包的時空動態可以用來揭示拓撲極化子的謎題，并發現2D材料中奇特的非線性光學現象。相關成果以題為“Spatiotemporal imaging of 2D polariton wave packet dynamics using free electrons”發表在了Science。