由香港大学物理系临时系主任张爽教授和中国国家纳米科学与技术中心的戴青教授共同领导的合作研究团队，为纳米光子学领域的一个普遍问题提出了一个解决方案，即在极小尺度上研究光。
他们的研究结果最近发布在《自然材料》杂志上，提出了一种合成复频波方法来解决极化激元传播中的光损耗问题。
这些发现提供了实用的解决方案，例如更高效的基于光的设备，以便在计算机芯片和数据存储设备等设备中更快、更紧凑地存储和处理数据，以及提高传感器、成像技术和安全系统的准确性。
表面等离子体极化激元和声子极化激元具有高效储能、局部场增强和高灵敏度等优点，得益于它们在小尺度上限制光的能力。然而，它们的实际应用受到欧姆损耗问题的阻碍，欧姆损耗在与天然材料相互作用时会导致能量耗散。
在过去的三十年中，这种局限性阻碍了纳米光子学在传感、超成像和纳米光子电路方面的进展。克服欧姆损耗将显著提高器件性能，从而推动传感技术、高分辨率成像和先进纳米光子电路的进步。
论文通讯作者张爽教授解释了研究重点，“为了解决关键应用中的光损耗挑战，我们提出了一个实用的解决方案。通过采用新型合成复波激励，我们可以实现虚拟增益并抵消极化激元系统的固有损耗。为了验证这种方法，我们将其应用于声子极化激元传播系统，并观察到极化激元传播的显着改进。
“我们通过在光学频率范围内使用hBN和MoO3等声子极化子材料进行实验来证明我们的方法。正如预期的那样，我们获得了与理论预测一致的几乎无损的传播距离，”该论文的第一作者、香港大学物理系博士后关博士补充道。
在这项研究中，该团队开发了一种新的多频方法来解决极化激元传播中的能量损失。他们使用一种称为“复频率波”的特殊类型的波来实现虚拟增益并补偿光学系统中的损耗。虽然规则波随着时间的推移保持恒定的振幅或强度，但复频率波同时表现出振荡和放大。该特性可以更全面地表示波浪行为，并能够补偿能量损失。
虽然频率通常被认为是一个实数，但它也可以有一个虚数。这个假想的部分告诉我们波浪如何随着时间的推移而变强或变弱。具有复频率的波，其特点是负虚部随时间衰减。然而，在光学中复杂频率波的激发下直接进行测量具有挑战性，因为它需要复杂的时间门控测量。
为了克服这个问题，研究人员使用傅里叶变换数学工具将截断的复频波分解为具有单独频率的多个分量。
