它代表浩瀚的宇宙、豐富的人生,也代表正義、美好和希望。在納米尺度操縱光,可以發現許多有趣的現象,實現很多奇異的功能,譬如隱身技術、超低功耗量子芯片、微型傳感器等等。20世紀50年代,著名半導體物理學家黃昆先生提出聲子極化激元的經典理論,在我國開辟了極化激元光學的重要研究方向。近年來,關于極化激元光學方面的研究也是凝聚態物理領域最前沿的議題之一。自然界中許多晶體材料都表現出雙折射行為,在不同的方向,折射率不盡相同。利用這一現象,可以實現對入射光的操縱。由于晶體尺寸和入射光波長以及雙折射強度成比例關系,3-300 μm區域的中遠紅外光往往需要幾個厘米厚的晶體才能實現,這無疑限制了光學器件的微型化趨勢。如何解決這一問題呢?雙折射材料中有一種極端形式:雙曲性材料。常規材料光折射軸一個在面內,一個在面外;而雙曲性材料折射光的兩個垂直軸在同一面內。這一特性使得光學元件尺寸可以變得超薄,而且可以使光限域在不足百分之一波長的極小范圍內。
2018年,鮑橋梁教授團隊與西班牙奧維耶多大學Pablo Alonso-González、西班牙巴斯克科學基金會RainerHillenbrand團隊合作在Nature發表研究成果,報道了在天然范德華晶體α-MoO3中發現并操縱了面內各向異性的紅外極化現象。他們發現天然范德華晶體α-MoO3具有面內雙曲性,利用面內雙曲性實現光的限域,助力光學器件的微型化。馬瑋良是這項研究的第一作者,這時候,他是蘇州大學的碩士生。
隨后,碩士畢業的馬瑋良選擇了在國內讀博士。他來到華中科技大學,導師是2019年剛剛回國入職華中科技大學的青年科學家李培寧教授。
2021年8月18日,華中科技大學李培寧和張新亮團隊,聯合新加坡國立大學仇成偉教授、國家納米科學中心戴慶研究員、紐約州立大學AndreaAlù教授等人在Nature報道,通過實驗證明了在各向異性的方解石晶體中,存在第三種極化激元模式——“幽靈”雙曲極化激元(Ghost hyperbolic polaritons),這一研究突破了極化激元模式分類的固有認識,有望改寫教科書對于“極化激元”的分類描述。這次,馬瑋良又是第一作者。更值得一提,是馬瑋良的博士導師,另一位追光者李培寧教授。李培寧,華中科技大學光電信息學院/武漢光電國家研究中心教授、博士生導師。博士畢業于德國亞琛工業大學,西班牙CICNanogune研究中心“歐盟瑪麗居里學者”博士后。
早在2018年,李培寧就以第一作者在Science發表論文,在其導師西班牙巴斯克大學Rainer Hillenbrand(通訊作者)指導下,于hBN中發現中紅外雙曲極化激元。在2018年馬瑋良作為第一作者發表的Nature論文中,李培寧也是合作者之一。近年來,李培寧也取得了一系列重要進展,在極化激元光學方向上以第一作者和通訊作者發表高水平研究成果多項,包括Science 1篇,Nature 2篇,Nature Materials 1篇,Nature Communications 2篇。【1】Weiliang Ma et al. Ghost hyperbolicsurface polaritons in bulk anisotropic crystals. Nature 2021, 596, 362–366.https://www.nature.com/articles/s41586-021-03755-1【2】Weiliang Ma et al. In-plane anisotropicandultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal. Nature 2018, 562,557–562.https://www.nature.com/articles/s41586-018-0618-9【3】Guangwei Hu et al. Topological polaritonsand photonic magic angles in twisted a-MoO3 bilayers. Science 2020, 582,209–213.https://www.nature.com/articles/s41586-020-2359-9【4】Peining Li et al. Infrared hyperbolicmetasurface based on nanostructured van der Waals materials. Science 2018, 359,892-896.https://science.sciencemag.org/content/359/6378/892