日前，北京理工大学物理学院姚裕贵教授团队王冲特别研究员与复旦大学物理系的晏湖根教授团队、南京大学物理学院宋凤麒教授团队合作，通过化学掺杂、温度手段对WTe2薄膜中等离激元的光学拓扑相变实现宽光谱范围调控，为可重构光子学器件的研究提供重要基础。相关研究题目为Tunable optical topological transitions of plasmon polaritons in WTe2 van der Waals films，成果被发表在光学顶级期刊《Light: Science & Applications》上（影响因子19.4）。

双曲极化激元指的是一类等频线为双曲线的光与物质集体振荡模式。与传统的各向同性极化激元不同，双曲极化激元具有发散的动量、极高的光学态密度以及沿面内特定方向传播的特性，在亚波长分辨与成像、增强自发辐射等领域具有重要的应用价值。在自然界中的二维材料天然存在面内双曲极化激元，例如，WTe₂中的双曲等离激元，MoO₃、V₂O₅中的双曲声子激化激元等。虽然双曲声子极化激元的调控研究取得了一系列突破性进展，然而声子作为晶格的集体振荡模式很难在大频谱范围实现调控。另外，远红外波段双曲区间的调控鲜有报道。一方面，受限于激光光源的频段，近场光学技术（SNOM）较难表征位于远红外波段的双曲极化激元。另一方面，传统的远场光学方法虽然可以探测远红外波段，但是缺少高效可靠的表征双曲区间的方法。因此，寻找一种更加方便、准确的远红外双曲极化激元特性表征手段迫在眉睫。

针对以上问题，研究人员发现各向异性二维材料中倾斜条带阵列的局域表面等离激元具有独特的偏振依赖特性。等离激元共振强度最强的偏振方向可以表征等离激元的拓扑性（图1）。因此提供了一种准确、便捷判断双曲区间的远场判定方法。基于该表征方法，研究人员通过Mo元素掺杂和变温的方式（图2，图3），实现了WTe₂双曲等离激元的超宽频段调控，将其双曲区间在频率范围扩展了3.1倍。这些发现为双曲极化激元的调控提供了新维度，为可重构光子学器件的研究铺平了道路。

物理学院姚裕贵团队的王冲特别研究员为通讯作者。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京理工大学青年教师学术启动计划的资助。

图1. WTe₂等离激元强度最大值偏振角度随能量变化。在椭圆区间（<460cm^-1）为负值，双曲区间（>460cm^-1）为正值。

图2. Mo元素掺杂对WTe₂双曲等离激元的调控。

图3. 温度对WTe₂双曲等离激元的调控。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41377-023-01244-w