近日，北京大學(xué)高鵬教授團(tuán)隊聯(lián)合國家納米科學(xué)中心楊曉霞研究員、上海交通大學(xué)戴慶教授、蘇州實驗室丁峰研究員等合作，成功揭示了這種“囚禁的光”的全新應(yīng)用潛力——將其轉(zhuǎn)化為一種高靈敏度的皮米傳感機(jī)制，實現(xiàn)了對埋藏形變的無損探測，精度高達(dá)約10皮米(即10?¹¹米)。
 

　　當(dāng)這些準(zhǔn)粒子被限域于納米尺度時，傳統(tǒng)光學(xué)測量受衍射極限限制，難以直接觀測其對應(yīng)的局域光場分布，因而亟需發(fā)展新的觀測范式，以在實驗上捕捉這些被“囚禁”的準(zhǔn)粒子。掃描透射電子顯微鏡-電子能量損失譜(STEM-EELS)技術(shù)正為此提供了突破路徑：電子束可聚焦至亞納米尺度，不僅能夠高效激發(fā)局域極化激元，還能在實空間中直接描繪其分布特征。高鵬課題組依托北京大學(xué)電子顯微鏡實驗室公共技術(shù)平臺，發(fā)展了基于STEM-EELS的聲子極化激元測量研究方法，曾原創(chuàng)性地提出并驗證了利用STEM-EELS彌補(bǔ)近場顯微術(shù)在遠(yuǎn)紅外及高動量聲子極化激元測量中探測盲區(qū)的創(chuàng)新思想。他們與合作者之前在單層氮化硼中觀測到超高壓縮率聲子極化激元；之后進(jìn)一步在氮化硼納米管中發(fā)現(xiàn)回音壁模式極化激元，將光場緊密束縛于幾納米的管壁中。基于此，研究團(tuán)隊提出核心科學(xué)構(gòu)想：這種被囚禁的光能否轉(zhuǎn)化為一種精密的傳感工具？研究團(tuán)隊敏銳地捕捉到，由于光場被極度壓縮，其對周圍原子層的微小擾動必然極其敏感?；诖?，團(tuán)隊提出利用極化激元頻移來實現(xiàn)皮米傳感的全新構(gòu)想。
 

　　研究團(tuán)隊選取了碲量子點(Te-QD)/氮化硼納米管(BNNT)體系作為模型。當(dāng)量子點嵌入納米管時，會引起管壁原子層的微弱壓縮。借助STEM-EELS，團(tuán)隊觀測到了這一變化引起的極化激元頻率紅移。實驗發(fā)現(xiàn)，量子點附近的面外雙曲聲子極化激元(oHPs)出現(xiàn)了約20cm?¹的顯著紅移，而面內(nèi)模式幾乎不變；作為對照，碲納米線體系則無此現(xiàn)象。結(jié)合分子動力學(xué)模擬與金剛石壓砧高壓遠(yuǎn)場紅外實驗，研究人員成功將這種頻率變化與層間壓縮建立定量對應(yīng)關(guān)系，證實該區(qū)域發(fā)生了約4.4—12.3皮米的形變。
 

　　1 STEM-EELS技術(shù)探測碲量子點(Te-QD)/氮化硼納米管(BNNT)異質(zhì)結(jié)中的極化激元響應(yīng)，實現(xiàn)局域?qū)娱g形變的皮米尺度測量。a中左右圖標(biāo)度尺分別為20納米與2納米
 

　　多個Te-QD/BNNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的極化激元測量結(jié)果。利用STEM-EELS對8個不同異質(zhì)結(jié)進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)極化激元頻率變化與量子點尺寸及局域結(jié)構(gòu)變形之間存在明確關(guān)聯(lián)。所有比例尺均約為20納米
 

　　這項工作建立了一種基于極化激元增強(qiáng)效應(yīng)的皮米傳感新范式。相比于傳統(tǒng)拉曼或熒光技術(shù)，該方法兼具非破壞性、超高靈敏度與深亞波長空間分辨率的優(yōu)勢，為探測埋藏界面、二維材料異質(zhì)結(jié)及量子器件的原子級力學(xué)行為提供了強(qiáng)有力的新手段。
 

　　該成果以“Probing picometre-scale interlayer deformations via hyperbolic polaritons”為題于2026年6月18日發(fā)表在《自然》(Nature)。國家納米科學(xué)中心博士研究生張姝、上海交通大學(xué)長聘副教授郭相東、北京大學(xué)物理學(xué)院博士后張瀟文和蘇州實驗室博士研究生楊佳姝為論文共同第一作者。丁峰、高鵬、楊曉霞和戴慶為共同通訊作者。北京大學(xué)物理學(xué)院博士研究生何沛一參與了相關(guān)研究工作。

       引用：物理學(xué)院高鵬與合作者利用聲子極化激元實現(xiàn)皮米級形變高靈敏探測 北京大學(xué) 【引用時間：2026年6月26日】