近日，厦门大学陈焕阳教授团队联合中国地质大学戴志高教授团队和华中科技大学李培宁教授团队，在极化激元调控领域取得重要突破。研究团队创新性地提出了激发半双曲极化激元的策略，成功实现了高定向极化激元的产生与调控。相关成果以“Asymmetric Polaritons with Half-Hyperbolic Shaped Propagation”为题发表于国际著名期刊《Nano Letters》，并被选为当期封面文章。

传统双曲声子极化激元（PhPs）同时具有旋转对称性与镜像对称性，这种固有的对称特性限制了其在单向传输方面的应用。研究团队另辟蹊径，通过精心设计非对称金纳米图案边缘结构，成功打破了这一对称性限制。实验结果表明，该方法不仅实现了极化激元的单向高效传输，还能完全抑制不必要象限的波分量。特别值得注意的是，当金盘尺寸从亚波长尺度（小于极化激元波长）逐渐增大到超波长尺度时，可以观察到极化激元分支从连续分布到分离的对称半双曲分支的完整演化过程。通过精确调控旋转角度，最终实现了仅保留单一象限的定向传播，为发展低损耗、高方向性的纳米光信号调控器件提供了全新的技术路径。

图1. 传统双曲声子极化激元到半双曲定向极化激元转变过程

研究团队进一步通过理论模拟与实验验证，系统揭示了椭圆金盘结构参数对波束特性的调控规律。研究发现，通过调节金盘短轴长度（2.0-2.8 μm），可以实现对波束发散角的精确控制，这为极化激元波束的准直性调控提供了新的自由度。该方法展现出优异的材料普适性，在典型的各向异性晶体中也表现出良好的适用性。

图2. 实验与理论验证金盘短轴对波束准直性影响

本研究通过设计非对称金纳米结构边缘，成功实现了极化激元的单向高效传输和特定象限的完全抑制，突破了传统双曲声子极化激元的对称性限制，并引入调控波束准直性的新自由度。这一成果不仅为纳米光子器件设计提供了新思路，更为未来光通信、光学计算等领域的发展奠定了基础。

该研究工作由厦门大学陈焕阳教授、中国地质大学戴志高教授和华中科技大学李培宁教授共同指导完成。厦门大学博士生薛淑雯（现为西湖大学博士后）和中国地质大学博士生刘璐为论文共同第一作者。研究工作获得了国家自然科学基金、湖北省重点研发计划基础研究基金、广东省自然科学基金、深圳科技项目、中央高校基本科研业务费专项资金、国家重点研发计划以及江西省自然科学基金等多个项目的资助。

文章链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00857