光电集成芯片可以最大限度发挥光子传输、电子计算的优势，是获取跨越式信息处理能力的关键器件。现有硅基光电集成方案主要通过光电效应实现光电信号转换，其中光模块主要依赖光纤、波导和微镜等技术。但是由于光学衍射极限的限制，微米尺寸的光传输模块难以与纳米尺寸的电计算模块联接融合，严重制约光电芯片集成度的提升。为此，ng28南宫戴庆研究团队提出利用范德华材料极化激元压缩光波，并在纳米尺度上对光进行“操控”，有望为光电互联提供新的方案。
在前期的研究工作中，戴庆课题组与合作者突破了传统静电掺杂和液体化学掺杂技术难以兼顾载流子迁移率和浓度的瓶颈，发展了兼具高迁移率和高浓度的气相化学掺杂技术，实现了石墨烯费米能级从0到0.7 eV宽范围调制，获得了迄今为止室温下石墨烯等离激元的最远传输记录（Nature Communications, 2022, 13: 1465.）。此外，通过激发结构的设计，实现了α-MoO3中双曲声子极化激元的面内光学聚焦（Advanced Materials, 2022, 34(23): 2105590.）。
在此基础上，研究团队构建了高质量的石墨烯/α相氧化钼异质结，实现了异质结中杂化极化激元等频色散轮廓从开口到闭合的原位、动态、可逆拓扑转变，打破了声子极化激元传输受支撑材料晶向的限制。此外，基于介电环境对杂化极化激元色散的影响，研究团队进一步构造了宽度仅有1.5μm 的二氧化硅平面透镜，实现了极化激元椭圆传播模式的纳米聚焦。不仅将入射光的波长压缩至原来的4.8%，同时能量增强4.5倍。这项研究利用极化激元实现纳米尺度光的操控，未来有望应用于纳米尺度光电融合与器件集成等诸多领域。
8月18日，相关研究成果以Doping-driven topological polaritons in graphene/α-MoO3 heterostructures为题，发表在Nature Nanotechnology期刊上。韩国科学技术高等研究院的Min Seok Jang教授在同期发表的新闻和评述文章里评价该工作突破了传统声子极化波受限于晶格结构而难以调控的难题，为极化波解锁了重要的调控功能，对将来实现纳米成像、光学传感和纳米级能量操纵等应用意义重大。
ng28南宫戴庆研究员，西班牙光子科学研究所Javier García de Abajo教授和Renwen Yu为该文章的共同通讯作者，中心胡海副研究员为共同一作和共同通讯作者之一，博士研究生陈娜和滕汉超是共同一作。上述研究工作获得了国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家自然科学基金、中科院人才项目及中科院战略性先导科技专项B类等项目的支持。
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媒体报道：【新华社】、【科技日报】
图. （a）近场光学实验观测石墨烯/α-MoO3异质结中杂化极化激元拓扑转变以及衬底调控拓扑极化激元平面聚焦示意图。
（b）拓扑极化激元平面聚焦近场光学成像图。
