来源：纽约市立大学高级科学研究中心（CUNY Advanced Science Research Center）；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 郭子靖 编译

    想象这样一个世界：无论使用多久，你的手机始终保持凉爽，同时还配备着能以无与伦比的灵敏度和精确度识别危险化学品或污染物的微型传感器。

    《自然》杂志发表的一项研究展示了一种产生长波红外线与太赫兹波的新方法，这是实现上述技术进步所需功能材料研发的重要一步。

    这项由纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心（CUNY ASRC）团队主导的研究，为更廉价、更小型化的长波红外光源及更高效的设备散热技术开辟了新路径。

    声子极化激元是光与材料晶格振动相互作用时产生的一种特殊电磁波。

    这类波具有多项独特特性：既能将长波红外光能量压缩至极微小空间（甚至可达数十纳米尺度），又能有效引导热源能量转移。

    这些特性使其成为亚波长成像、分子传感和电子设备热管理等高科技应用的理想选择。然而现有研究主要集中于实验室基础研究，实际器件应用仍属空白领域。

    "关键挑战在于激发和检测声子极化激元成本高昂且效率低下，通常需要昂贵的中红外/太赫兹激光器和近场扫描探针。"通讯作者、CUNY ASRC光子学计划及研究生中心物理项目教授Guo Qiushi解释道，"我们尝试探索能否像半导体激光器或LED那样，仅用电流即可激发声子极化激元。"

    在这项研究中，Guo教授的团队（与耶鲁大学、加州理工学院、堪萨斯州立大学及苏黎世联邦理工学院合作）发现关键在于找到正确的材料组合：将石墨烯薄层夹在两层六方氮化硼（hBN）之间。

    首先，在hBN中，声子极化激元具有超高态密度，能在材料体内传播，其行为如同在边界间反复反射的深亚波长光线——这类特殊声子极化激元被称为双曲声子极化激元（HPhPs）。

    石墨烯则以室温下的高电子迁移率著称，当被hBN包裹时，其迁移率因表面钝化和杂质减少而进一步提升。

    "这意味着当电流通过hBN包裹的石墨烯时，电子可被加速至极高速度，并与hBN中的HPhPs高效散射。"Guo教授阐释道。

    实验验证了这一设想的成功：研究团队仅需对石墨烯施加1V/µm的适度电场即可观测到HPhPs发射，彰显了电致发光的卓越效率。该研究首次实现了纯电学方法激发声子极化激元的实验论证。

    研究还揭示了HPhPs电致发光背后的有趣物理机制。团队发现存在两种可能的HPhPs发射路径：

    "当石墨烯电子浓度较低时，通过带间跃迁产生HPhPs；而在高电子浓度下，则同时通过石墨烯内的带间跃迁和带内切伦科夫辐射实现。"前加州理工学院博士后，现任以色列巴伊兰大学物理系助理教授、该项研究的共同通讯作者Iliya Esin补充道。

    这一发现不仅为纳米级长波红外/太赫兹光源开发提供了新思路，更在能源应用领域展现出诱人前景。

    Guo教授指出："在HPhPs电致发光过程中，石墨烯热电子快速损失过剩动能——这正是设备过热的主因。利用该机制可实现电子器件的高效散热。"

    这种电泵浦声子极化激元光源为实用化、可扩展技术打开了大门。从新一代分子传感技术到电子设备热管理优化，该创新为节能紧凑型技术的突破性发展奠定了基础，或将重新定义现代电子设备形态。

    更多信息：Fengnian Xia，《二维异质结构中的双曲声子极化激元电致发光》，《自然》（2025年）。DOI: 10.1038/s41586-025-08686-9。www.nature.com/articles/s41586-025-08686-9