“以前只是理论”：研究人员展示了“挤压”红外光的新方法

一项新的研究表明，与传统方法相比，氧化膜可以在更大程度上限制红外光，有望在成像分辨率和光子学和热管理方面取得进展。

研究人员已经成功地证明了一种特殊类型的氧化膜可以有效地限制或“挤压”红外光。这一突破可能会增强未来的红外成像技术。这些薄膜在限制红外光方面的表现优于传统的块状晶体。

“薄膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，允许成像设备以更高的分辨率捕获图像，”刘英（音译）说，他是该工作论文的共同通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授。

“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的10%，同时保持其频率，这意味着波长循环所需的时间是相同的，但波峰之间的距离更近。块状晶体技术将红外光限制在其波长的97%左右。”

薄膜技术的实验突破

这篇论文的合著者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授徐瑞娟（音译）表示：“这一行为以前只是理论上的，但我们首次能够通过实验证明它，无论是我们制备薄膜的方式，还是我们对同步辐射近场光谱的新颖使用。”

在这项工作中，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长了100纳米厚的钛酸锶（SrTiO3）晶体膜。这种薄膜的晶体结构是高质量的，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从它们生长的衬底上移除，并放置在硅衬底的氧化硅表面上。

随后，研究人员利用劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源技术，在钛酸锶薄膜暴露在红外光下时，对其进行同步加速器近场光谱分析。这使得研究人员能够在纳米尺度上捕捉到材料与红外光的相互作用。

理解能量传递：声子、光子和极化子

为了理解研究人员的研究成果，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在物质内部和物质之间传播的方式。声子本质上是由原子振动产生的能量波。光子本质上是电磁波。你可以把声子想象成声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是一种准粒子，当一个红外光子与一个“光学”声子耦合时就会发生 —— 这意味着一个声子可以发射或吸收光。

研究人员表示：“理论论文提出了过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光的想法。我们现在的工作证明，声子极性子确实限制了光子，也阻止了光子延伸到材料表面之外。”

研究人员指出：“这项工作建立了一类新的光学材料，用于控制红外波长的光，这在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用。想象一下，能够设计出利用这些材料将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”

徐教授说：“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术，意味着薄膜可以很容易地与各种衬底集成。这样就可以很容易地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”

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