最新Science：利用自由电子对二维极化波包动态进行时空成像

木文韬 3年前 (2021-06-11) 6455浏览

【引言】

二维（2D）材料中传播的光学极化子对新兴的光电子和纳米光子技术产生了影响。这些极化子表现出相对较低的损耗和较长的传播距离，同时具有极端的限制因素，这有利于它们的光-物质相互作用。研究人员利用2D极化子的独特特性，将它们集成到依赖于光的时空控制的超快光学技术中。传统的超快光学领域利用脉冲整形和色散工程实现这种控制，例如在光子波导中是有用的。利用2D极化子实现类似的控制，可以促进2D极化子材料在成熟科学技术领域的整合，并有助于对其基本认识。然而，2D极化子波包的时空控制仍然仍然遥不可及，原因是：它们的波长非常小，并且被强烈地限制在材料内部。为了获得具有纳米级的空间分辨率和飞秒级的时间分辨率的2D极化子及其波包的时空动力学特性，需要新的能力。在这方面，考虑表现出双曲色散的材料中的波包是特别有趣：双曲材料中的极化子表现出丰富的物理行为，从负折射和亚衍射成像到有效霍金辐射。虽然最初在超材料中观察到双曲色散，但2D材料中的声子极化子（PhP）也表现出双曲色散；声子共振产生了一个包含多个分支的色散关系，该色散关系可以通过2D材料的几何形状、厚度和周围环境进行调整，即使在室温下也能以相对低的损耗达到高限制。

【成果简介】

今日，在以色列理工学院Ido Kaminer教授和巴塞罗那滚球体育学院Frank H. L. Koppens教授（共同通讯作者）团队等人带领下，利用飞秒中红外脉冲驱动的超快透射电子显微镜，对2D波包动态进行了从形成到衰减的时空测量。相干激发声子极化波包并以非破坏性方式探测其演化的能力揭示了有趣的色散相关动力学，包括多分支波包的分裂，波包的减速和加速。了解2D波包的时空动态可以用来揭示拓扑极化子的谜题，并发现2D材料中奇特的非线性光学现象。相关成果以题为“Spatiotemporal imaging of 2D polariton wave packet dynamics using free electrons”发表在了Science。