近期纳米光子学研究正从传统各向同性贵金属体系延伸至具强各向异性的材料平台,以实现对等离激元的动态与定向调控。传统局域表面等离激元共振(LSPR)通常受限于材料各向同性介电常数以及依赖几何形状的共振调节方式,而引入显著材料各向异性被视为拓展调控维度的替代路径。
一项国际合作研究在各向异性二维晶体中展示了双曲局域等离激元共振。该研究由冈山大学跨学科科学研究所高级研究领域特别任命教授三泽浩明(Hiroaki Misawa)牵头,合作方包括北海道大学电子科学研究所李耀龙博士、北海道大学集成创新研究所石旭与松尾康孝,以及北京大学介观物理国家重点实验室和物理系龚启煌教授团队。研究成果于2026年2月13日发表在《自然通讯》(Nature Communications)。

三泽浩明表示,传统等离激元平台主要基于各向同性贵金属,固有各向异性有限,难以实现稳健、可控的手性与可调场束缚;同时,双曲色散如何对应到局域等离激元共振仍缺乏清晰认识。研究团队因此转向具有强面内各向异性的层状晶体MoOCl₂,并在实验上确立了双曲局域等离激元共振(H-LPRs),同时提出通过扭转堆叠设计光学手性的实现路径。
研究介绍,MoOCl₂为单斜晶结构的层状范德华晶体,具有显著面内各向异性:沿一个晶轴呈金属性,而在垂直方向保持介电性。该光学对比带来双曲色散,使光在特定方向传播。

在器件层面,当MoOCl₂被加工为圆形纳米盘时,样品仅对沿金属轴偏振的入射光呈现局域等离激元共振,研究据此认为相关模式源于材料各向异性介电常数的单维特性。近场成像结果进一步显示,其电磁场分布呈现与传统等离激元体系不同的体积型分布特征。
研究还在垂直堆叠的MoOCl₂/Al₂O₃/Au金属-绝缘体-金属结构中观察到,即便层间间距(Z间隙)发生变化,共振波长仍几乎不变。团队据此指出,Z间隙独立性是MoOCl₂双曲局域等离激元共振的固有特性,体现出其在器件集成中的稳健性。

此外,通过对相同MoOCl₂纳米盘进行扭转堆叠,研究在不破坏几何对称性的情况下实现了显著光学手性。模拟结果显示最大圆二色性超过0.65,实验测得圆二色性达到0.54;研究将其归因于相邻纳米盘间密度增加以及更强的近场耦合。
研究团队表示,基于强束缚的双曲场与扭转诱导手性,该工作有望推动超小型光子器件发展,包括超紧凑偏振与手性光学器件,如可调圆二色性滤波器、手性调制器和偏振转换器;同时也可用于分子指纹识别以及化学或生物医学中的对映体选择性检测等高灵敏度传感场景。
三泽浩明指出,这一发现为纳米尺度光子功能的高度集成提供了新路径,尤其面向中红外/太赫兹波段——该波段对分子指纹传感具有重要意义,而现有相关光学组件通常体积较大、结构复杂。他同时表示,相关方法有助于减少对复杂三维纳米制造的依赖,从而缓解制造、规模化与重复性方面的限制。
