一項新研究表明，氧化物膜可以比傳統方法更大程度地限制紅外光，有望提高成像解析度以及光子學和熱管理領域的應用。研究人員已經成功證明，一種特定類型的氧化物膜可以有效地限製或「擠壓」紅外線光。這項突破可能會增強未來的紅外線成像技術。這些薄膜膜在限制紅外光方面優於傳統的塊體晶體。

研究人員已經證明，一種特定類型的氧化物膜可以比塊體晶體更有效地限制紅外光，這對下一代紅外線成像技術具有重要意義。這些薄膜膜在壓縮波長的同時保持所需的紅外線頻率，從而實現更高的影像解析度。研究人員利用過渡金屬鈣鈦礦材料和先進的同步加速器近場光譜，表明這些膜中的聲子極化子可以將紅外光限制在其波長的10% 以內。這項突破可能帶來光子學、感測器和熱管理領域的新應用，並可能輕鬆整合到各種設備中。圖片來源：北卡羅來納州立大學Yin Liu

「薄膜膜保持了所需的紅外線頻率，但壓縮了波長，使成像設備能夠以更高的分辨率捕捉圖像，」該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學材料科學與工程助理教授Yin Liu 說道。

「我們已經證明，我們可以將紅外光限制在其波長的10% 以內，同時保持其頻率- 這意味著波長循環所需的時間相同，但波峰之間的距離要近得多。塊狀晶體技術將紅外光限制在其波長的97% 左右。

「這種行為以前只是理論上的，但我們能夠透過我們製備薄膜膜的方式和我們對同步加速器近場光譜的新用途首次在實驗中證明它，」該論文的共同主要作者、北卡羅來納州立大學材料科學與工程助理教授Ruijuan Xu 說。

為了這項工作，研究人員使用了過渡金屬鈣鈦礦材料。具體來說，研究人員使用脈衝雷射沉積在真空室中生長出100 奈米厚的鈦酸鍶(SrTiO3) 晶體膜。這種薄膜的晶體結構品質很高，這意味著它幾乎沒有缺陷。然後將這些薄膜從生長它們的基底上取下，並放置在矽基底的氧化矽表面上。

研究人員隨後利用勞倫斯伯克利國家實驗室先進光源的技術，在鈦酸鍶薄膜暴露於紅外光時對其進行同步近場光譜分析。這使研究人員能夠在奈米級捕捉到材料與紅外光的相互作用。

要了解研究人員學到了什麼，我們需要討論聲子、光子和極化子。聲子和光子都是能量在材料之間傳播的方式。聲子本質上是由原子振動引起的能量波。光子本質上是電磁能的波。可以把聲子看成是聲能的單位，而光子是光能的單位。聲子極化子是準粒子，當紅外線光子與「光學」聲子（即可發射或吸收光的聲子）耦合時就會產生。

「理論論文提出了這樣一種觀點，即過渡金屬鈣鈦礦氧化物膜將允許聲子極化子限制紅外光，」劉說。 「而我們的工作現在表明，聲子極化子確實限制了光子，並且還阻止光子超出材料表面。這項工作建立了一類用於控制紅外線波長光的新型光學材料，在光子學、感測器和熱管理方面具有潛在的應用，想像一下，能夠設計出使用這些材料通過將熱量轉化為紅外光來散熱的計算機芯片。

「這項工作也令人興奮，因為我們展示的製造這些材料的技術意味著薄膜可以輕鬆地與各種各樣的基底集成，」徐說。 “這應該可以輕鬆地將這些材料整合到許多不同類型的設備中。”

編譯來源：ScitechDaily