来源：欧洲光学研究所(ICFO )；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 吕星宇 编译

    极化子是电磁波与带电粒子或特定材料原子晶格中的振动的耦合激发。它们被广泛应用于纳米光子学，因为它们能够将光限制在极小的体积内，在纳米量级上，这对于增强光与物质的相互作用是必不可少的。

    二维材料（即只有一个原子厚度的材料）通常用于此目的，因为它们所容纳的极化显示出更极端的限制，更低的能量损失-导致寿命更长，并且比块状材料具有更高的可调性。为了更好地控制光约束并进一步增强极化特性，可以使用纳米级结构纳米谐振器。

    此外，当光与纳米谐振器相互作用时，它会激发极化子，极化子在谐振器的几何形状和材料特性决定的特定频率上振荡和共振，从而能够在纳米尺度上精确地操纵光。

    虽然利用极化子进行光约束是一种既定的做法，但在探测它们的方法上仍有改进的余地。在过去的几年里，光学测量已经成为一种普遍的选择，但它们笨重的探测器需要外部设备。

    这限制了检测系统的小型化和从测量中获得的信号清晰度（称为信噪比），这反过来又阻碍了极化特性在这两个特征必不可少的领域的应用，例如分子传感。

    现在，研究人员在《自然通讯》的一篇文章中展示了将二维极化与检测系统集成到相同的二维材料中的方法。该集成器件首次实现了二维极化纳米谐振器的光谱分辨电检测，标志着器件小型化迈出了重要一步。

    ICFO的团队包括Sebastián Castilla博士、Hitesh Agarwal博士、David Alcaraz博士、Adrià Grabulosa博士、Matteo Ceccanti博士、Roshan Krishna Kumar博士，由西班牙ICREA研究所教授Frank Koppens领导。合作机构包括the University of Ioannina; Universidade do Minho; the International Iberian Nanotechnology Laboratory; Kansas State University; the National Institute for Materials Science (Tsukuba, Japan); POLIMA (University of Southern Denmark); and URCI (Institute of Materials Science and Computing, Ioannina).

    该团队将电光谱应用于三层二维材料的堆叠。具体来说，将六方硝酸硼（hBN）层置于石墨烯之上，石墨烯层置于另一层hBN片上。

    在实验过程中，研究人员发现了电光谱学与商业光学技术相比的几个优势。前者覆盖的光谱范围明显更宽（即跨越更宽的频率范围，包括红外和太赫兹范围），所需的设备明显更小，测量结果具有更高的信噪比。

    由于两个主要特点，这种电极化平台代表了该领域的突破。首先，不再需要大多数光学技术所需要的外部光谱学探测器。单个器件同时充当光电探测器和极化平台，从而使系统进一步小型化。

    其次，虽然通常较高的光限制不利于这种限制的质量（例如，缩短光捕获的持续时间），但集成器件成功地克服了这一限制。

    “我们的平台具有卓越的质量，实现了破纪录的光学侧向约束和高达200左右的高质量因子。这种特殊的限制水平和石墨烯的质量显著提高了光探测效率，”Castilla博士解释说，他是这篇文章的第一合著者。

    此外，电光谱方法能够探测极小的二维极化子（横向尺寸约为30纳米）。他补充说：“由于分辨率的限制，用传统技术检测这是极具挑战性的。”

    卡斯蒂亚思考了他们的新方法可能带来的未来发现。传感、高光谱成像和光学光谱应用可以从这个电极化集成平台中受益。

    “例如，在传感的情况下，芯片上的分子和气体的电子检测可能成为可能，”他建议。“我相信我们的工作将为标准商业平台的庞大特性所限制的许多应用打开大门。”