切伦科夫辐射对于片上光源的重要性在于它提供了一种实现超宽频率覆盖范围的纳米光源的可行路径，可以广泛应用于微纳电子器件、光电子器件甚至光电集成回路中。切伦科夫辐射是当带电粒子移动速度快于介质中光速时产生的电磁辐射。其中，反向切伦科夫辐射可以有效地将辐射光与快速运动的带电粒子分离，从而提高光源的信噪比和灵敏度。因此，反向切伦科夫辐射在生物成像、光通信、光谱学和传感器等领域中发挥重要作用。理论上，反向切伦科夫辐射可在负折射率左手超构材料或负群速度色散的自然晶体中实现。然而，由于传统人工结构的损耗较大，实现光频段的反向切伦科夫辐射仍然具有挑战性。

 近年来，戴庆课题组在双折射晶体（如六方氮化硼和氧化钼等范德华材料）中发现了低损耗双曲声子极化激元（Nat.Mater., 2021, 20, 43-48；Science, 2023, 379, 558-561）。这种双曲声子极化激元在中红外范围内具有负群速度色散的特性，能大幅减慢介质内光的速度，有利于降低反向切伦科夫辐射激发所需运动带电粒子的速度阈值，并为实现光频段的反向切伦科夫辐射提供了解决方案。此外，研究团队在双曲声子极化激元的相关工作中建立了一套完善的电子激发极化激元理论模型和实验表征方法（Nat. Nanotechnol., 2023, https://doi.org/10.1038/s41565-023-01324-3）。

 在前期工作基础上，研究团队在天然氧化钼I型双曲频带上观测到声子极化激元的反向切伦科夫辐射。研究发现，通过改变带电粒子的运动方向，可以不对称地重塑反向切伦科夫辐射的分布。此外，通过原子制造技术构筑氧化钼和六方氮化硼范德华异质结，能够进一步提高反向切伦科夫辐射的辐射角度和品质因子。因此，这项研究在光电集成回路中片上光源的应用方面有着重要意义，并为解决光频段反向切伦科夫辐射高效激发的难题提供了新思路。

 该研究成果以Mid-infrared analogue polaritonic reversed Cherenkov radiation in natural anisotropic crystals为题，发表在Nature Communications期刊上。国家纳米科学中心戴庆研究员和杨晓霞研究员为该文章的共同通讯作者，国家纳米科学中心特别研究助理郭相东和2018级博士生吴晨晨为共同一作。上述研究工作获得了国家重点研发计划纳米前沿重点专项、国家自然科学基金等项目的支持。

 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37923-w