【产通社，8月6日讯】到目前为止，人们普遍认为只有双曲晶体才能实现精确的限制、操纵或操纵光所需的光物质波。但南洋理工大学（NTU）与中国地质大学联合团队的发现表明情况并非如此，并改变了长期以来人们对原子和纳米尺度光物质相互作用的材料类型的认知。

研究发现，光与双曲音素极化子耦合时形成的波型也可以出现在名为钒酸钇（YVO 4）的晶体中，并且可以通过温度来调节。与双曲晶体不同，YVO 4很容易获得。使用普通晶体引发光与物质相互作用的能力可以加速医学成像、半导体芯片检测和其他产业的微型化、超精确的技术进步。

双曲晶体必须同时表现出正和负介电常数，这就产生了双曲频散，允许光沿着类似于双曲线形状的严格限制的路径传播。当光沿着这些路径传播时，就会出现产生热点的现象。这些热点可以与非常小的物体相互作用，使成像系统能够检测极其精细的细节。

NTU团队表示，虽然YVO 4晶体的主体不是双曲线的，但其表面可能是双曲线的。在晶体和空气之间的界面处，该材料表现出支持双曲表面音素极化子的能力，而不需要晶体内部也是双曲的。研究人员结合理论建模和扫描近场光学显微镜（SNOM）纳米成像实验证明了这一现象。他们能够在材料的非双曲频率范围内可视化YVO 4晶体表面上表面音素极化子的双曲波阵面，其中材料的介电常数张量分量具有相同的负值。

通过将温度从室温变化到低温水平，研究人员可以操纵极化激元色散，实现从双曲到渠化并最终到椭圆状态的拓扑转变。
这种温控分散工程为研究人员提供了对极化子布局的精确控制，并使他们能够调制波长和群速。通过精确加热晶体，他们可以对介电常数进行微调，以使表面切换到双曲线行为，使表面切换到双曲线行为。

利用温度控制，研究人员将光限制在小至20纳米的区域内，该尺寸比使用传统光学方法小10-20倍。胡光维教授说：“我们本质上打破了人们认为已经固定的物理规则并已经证明：表面性质既可能与材料的体积有显著不同，又可能对其性质进行操纵。”

这一发现使实现原子尺度分辨率所必需的光与物质相互作用在一系列应用中变得更加容易。王岐捷教授说：“想象一下，医学成像以前所未有的清晰度看到细胞结构，或者在近原子尺度上检查半导体芯片。这就是这项研究的潜力。”

通过消除对双曲晶体的依赖，这种引发光与物质相互作用的方法可以扩大纳米光学的范围，并帮助使用光学方法推动电子元器件、半导体产品小型化。

“在电子制造领域，我们已经看到微型化如何带来更强大、更便宜的设备，”王教授说。“我们正在将相同的原则应用于光学技术领域。”

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https://www.doi.org/10.1038/s41586-025-09288-1