研究人员展示了“挤压”红外光的新方法

研究人员首次证明，一类特定的氧化物膜可以限制或“挤压”红外光——这一发现为下一代红外成像技术带来了希望。薄膜膜对红外光的限制远好于块体晶体，块体晶体是已建立的红外光限制技术

“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕获图像，”一篇关于这项工作的论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授Yin Liu说

“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的10%，同时保持其频率——这意味着一个波长循环所需的时间是相同的，但波峰之间的距离要近得多。体晶技术将红外光限制到其波长的97%左右。”

该行为以前只是理论化的，但我们首次能够通过我们制备薄膜膜的方式和同步加速器近场光谱的新用途来实验证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授徐瑞娟说

在这项工作中，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长了100纳米厚的钛酸锶（SrTiO3）晶体膜。这种薄膜的晶体结构是高质量的，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从它们生长的衬底上移除，并放置在硅衬底的氧化硅表面上

研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光下时对其进行同步加速器近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米尺度上捕捉到材料与红外光的相互作用

为了理解研究人员所学到的东西，我们需要讨论声子、光子和极性子。声子和光子都是能量在材料中和材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。

你可以把声子看作声能的单位，而光子是光能的单位。声子极性子是当红外光子与“光学”声子耦合时产生的准粒子，即可以发射或吸收光的声子

“理论论文提出了过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光的想法，”刘说。“我们的工作现在证明，声子极性子确实限制了光子，也阻止了光子延伸到材料表面之外。

”这项工作建立了一类新的光学材料，用于控制红外波长的光，在光子学、传感器和热管理中有潜在的应用，”刘说。“想象一下，能够设计出计算机芯片，利用这些材料将热量转化为红外光来散热。”。“

”这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种衬底集成，”徐说，“这应该可以很容易将这些材料集成到许多不同类型的器件中。”。“

这篇题为“SrTiO3膜中高度受限的Epsilon近零和表面声子极化子”的论文发表在《自然通讯》杂志上