一项专注于钾戈姆金属铯钒锑的研究表明，其通过产生独特的等离子体激元极化子，在增强纳米光学方面具有潜力。这些发现可能会推动光学通信和传感技术的发展。

在日本传统的篮编中，古老的“笠目”设计因其对称的交错三角形布局和共享的角而广受好评，许多手工艺品都采用这一设计。同样，在量子物理学中，科学家们用“笠目”一词来指代一类原子结构模仿这种独特晶格模式的材料。

自2019年发现最新一代的Kagome金属以来，物理学家们一直在努力更好地了解它们的性质及潜在应用。佛罗里达州立大学（FSU）物理系助理教授Guangxin Ni领导的一项新研究关注于一种特定的Kagome金属如何与光相互作用以产生所谓的等离子体极化子——这是材料中电子和电磁场的纳米级链接波，通常由光或其他电磁波引起。这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上。

CsV3Sb5的属性和光子学潜力

先前的研究已经研究了常规金属中的等离激元，但对于 Kagome 金属中的等离激元研究较少，因为 Kagome 金属中电子的行为更加复杂。在这项研究中，佛罗里达州立大学的研究人员研究了金属铯钒锑化物（也称为化学分子式 CsV3Sb5），以更好地理解使其成为更精确、更高效光子技术潜在候选者的特性。

研究人员首次确定了CsV3Sb5中存在等离激元，并发现这些等离激元的波长取决于金属的厚度。

利用双曲等离子体极化激元推动纳米光学的发展

他们还发现，改变激光照射在金属上的频率会使等离子体子表现不同，从而将其转化为一种称为“双曲体等离子体子”的形态，这种形态在材料中传播，而不是局限于表面。因此，这些波的能量损失比以前更少，这意味着它们可以更有效地传播。

“双曲等离子体激元在天然金属中很少见，但我们的研究表明电子相互作用如何在纳米尺度上产生这些独特的波，”尼说。“这一突破对于纳米光学和纳米光子学技术的进步至关重要。”

纳米成像的研究方法和观察

为了探索等离子体子与金属的相互作用，研究人员培养了单晶CsV3Sb5，然后将材料的薄片放置在特制的金表面上。他们使用激光进行扫描红外纳米成像，观察到金属中的等离子体激元极化子（与电磁场相互作用的电子波）以有趣的方式发生了变化。

该论文的第一作者霍塞因·什拉维是佛罗里达州立大学总部所在地国家高磁场实验室的研究助理，他表示：“CsV3Sb5 的有趣之处在于它与光在非常小的尺度上的相互作用，这就是所谓的纳米光学。” “我们发现，在红外光频率的宽范围内，金属内的相关电学性质触发了双曲体等离子体激元的形成。”

这种双曲线模式意味着能量损失较少。研究团队的发现揭示了 Kagome 金属 CsV3Sb5 在不同条件下的行为方式的新信息，为研究人员提供了关于其特性和潜在实际应用更准确的图景。

笼目金属的潜在应用和未来

“双曲表面等离激元可以呈现出一系列令人惊叹的纳米光学特性和能力，”Ni说道。“它们有可能促进光学通信系统的发展，超越当前的限制实现超清晰成像，使光子器件的工作效果更好。它们还可以用来检测环境变化和医学诊断等事物，因为它们对周围环境有强烈的反应。这些特性使它们成为未来光学和光子技术发展的关键。”

由于CsV3Sb5金属具有不同寻常的电子和光学特性（例如其潜在能力能迫使等离子体波沿单一方向移动），因此它是等离子体研究的理想选择。最近在纳米尺度成像技术方面的进步帮助研究人员完成了他们的工作。

“传统金属中常见的电子损失使观察奇异的光物质耦合效应变得复杂，包括双曲极化子，”Ni说。“这是令人兴奋的突破的一部分。由于非传统金属有可能为未来的技术做出贡献，因此继续探索非传统金属中的纳米光学现象将非常有趣。”

参考文献：“由 H. Shiravi、A. Gupta、B. R. Ortiz、S. Cui、B. Yu、E. Uykur、A. A. Tsirlin、S. D. Wilson、Z. Sun 和 G. X. Ni 发表的《Kagome 金属 CsV3Sb5 中的等离激元》”，2024 年 6 月 25 日，《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-024-49723-x

FSU 研究生 Aakash Gupta 也是这项研究的合著者。该研究是与加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员、田纳西州橡树岭国家实验室、中国清华大学以及德国斯图加特大学、莱比锡大学和离子束物理与材料研究所的研究人员合作进行的。在FSU，这项研究得到了美国能源部和国家科学基金会的资助。