全新光传导机制问世

斯图加特大学第四物理研究所与米兰意大利技术研究院（IIT）的研究人员，在天然双曲范德华材料中发现了一种全新的光定向传导机制，无需传统纳米加工波导即可实现光操控。该发现为集成光子学、片上光通信以及未来量子技术带来了新的发展机遇。

相关研究成果发表于《自然‑纳米技术》，论文标题为《Intrinsic plasmon canalization in the biaxial van der Waals crystal MoOCl₂》。

MoOCl₂中的等离激元沟道效应，展示光沿窄通道传播。图中呈现激发激光照射金纳米天线，以及用于测绘近场光学分布的散射式扫描近场光学显微镜（SNOM）探针。中心纳米天线呈现实验观测到的沟道传播图样；两侧纳米天线分别演示光波的椭圆传播（前景）与双曲传播（背景）。

无需复杂波导即可实现光的定向传导

向水面投掷石块，涟漪会从落点向外呈环形扩散。光的传播与之类似：局域光源发出的光，会在材料内部自然形成球面或环形波前。这种各向同性传播是波的基本特性，但在光子学应用中，往往需要让光沿着预设路径高效传输，该特性反而会带来不利影响。

传统光学技术依靠波导解决这一难题。例如光纤通信中，玻璃光纤束缚激光，实现低损耗远距离传输。光子集成电路同样依赖纳米级波导，这类波导需要通过涂胶、光刻、刻蚀等复杂光刻工艺制备。整套加工工序技术门槛高，也大幅推高制造成本。

由斯图加特大学第四物理研究所Harald Giessen教授、米兰意大利技术研究院（IIT）Antonio Ambrosio博士牵头的联合团队，提出了一种全新技术路径，不再需要人工制备波导。

具备独特特性的双轴材料

研究团队使用二维二氯氧化钼（MoOCl₂）材料。在材料表面放置金纳米天线，用红外激光照射天线后，产生高度局域化的光波，光波仅沿单一方向传播。值得注意的是，光会被自然约束在狭窄通道内，效果如同材料内部内置了一道无形波导。

该实验由斯图加特大学第四物理研究所博士研究员Farid Aghashirinov、意大利技术研究院博士后Andrea Mancini，借助散射式扫描近场光学显微镜（SNOM）完成。该方案一大核心优势：材料本身不需要任何纳米结构加工，光的传播方向完全由晶体本征属性决定。

MoOCl₂属于双轴材料，不同晶体学方向上光学响应差异巨大。其中一个轴呈现金属特性，可激发被称为表面等离激元的电子集体振荡，高效传输电磁能量；与之正交的方向则表现为介电特性，会强烈抑制等离激元传播。

这种极强的各向异性，会将等离激元波自然限制在狭窄传播通道，就如同水流被约束在水渠之中。研究人员将该现象命名为等离激元沟道效应。

可应用于集成光学、光子芯片与量子技术的全新效应

实验表明，该现象具备显著的波长依赖性。激发波长约4微米时，可以观测到高度定向的沟道传播；波长提升至5微米，波前变回类似水波的环形，呈现各向同性传播；波长调至3微米，则转变为开放的双曲波前。

沟道传播的物理图像，可以理解为椭圆波前被极度拉伸，椭圆焦点被推至无穷远处。以上实验证明：仅调节激发波长，就可以让MoOCl₂内部传播波的拓扑状态，经过沟道传播临界点，在开放与闭合状态之间切换。

实验所用可调红外激光器，来自斯图加特大学衍生企业Stuttgart Instruments GmbH；近场光学成像，则使用学术成果转化企业attocube systems AG生产的SNOM显微镜采集。

研究团队认为，天然双曲材料中的等离激元沟道效应，有望成为集成光子学的全新底层平台。该技术无需光刻制备波导即可实现定向光传输，有机会简化光子芯片制造工艺，同时拓展光互连、纳米光子电路、集成量子技术的设计空间。