在亚波长尺度对光进行调控,在量子物理,光子学甚至生物学等领域都具有重要意义。极化激元是一种有效的手段来实现突破衍射极限的光调制。极化激元一般是由于自由电子或者晶格中的束缚电子被外界电磁场极化,产生的一种集体震荡-电磁波。极化激元在增强光学非线性效应,传感,成像以及新型人工超构材料的设计领域都有广阔的前景。而最近几年在二维层状的范德华材料中,科学家发现了各种各样的极化激元,并且这些极化激元因为材料维度的限制表现出更强的场局域特性,同时也展现出众多和传统体材料的等离激元材料不一样的性质。二维材料中的极化激元克服了传统金属材料中的极高的本征损耗,以及狭窄的工作范围等局限,其广泛的动态可调性质(包括厚度,化学掺杂,栅压调控等)使得二维范德华材料体系更优于传统的极化激元材料。对二维范德华材料中的极化激元的探索需求日益扩大,因此我的研究重点聚焦在以下几个相关的工作当中。1.等离激元在原子层厚度的石墨烯体系中,表现为光同电子集体振动的相互作用。并且这种对电磁场的束缚能力可以通过对石墨烯进行微纳结构的加工来进一步增强。我们通过使用新的生长工艺,制备出天然的纳米结构石墨烯的单晶阵列。纳米结构的石墨烯可以在中红外波段作为石墨烯等离激元的法布里帕罗纳米谐振腔,这种谐振腔阵列可以将石墨烯等离激元-振荡的电磁波进一步局域。通过将谐振腔阵列与纯石墨烯结合,我们制备出一种高度灵敏的中红外光探测器。石墨烯等离激元的传播对于石墨烯中存在的缺陷(例如晶界,褶皱,破裂)是极其敏感的。借助石墨烯等离激元对缺陷的特征反馈特性,我们通过红外纳米成像技术,大面积,高分辨,可视化地对影响石墨烯器件性能的重要缺陷-晶界进行了系统研究,并且我们验证了通过生长条件的调控来降低石墨烯中晶界的的可行性。这对于生长高质量的石墨烯薄膜有重要的意义。2.结构各项异性的极性层状材料可能支持高度局域的双曲型声子极化激元,这种极化激元可以有效地突破衍射极限对亚波长的电磁场进行调控。我们首次通过实验的方式在实空间中证明了?相三氧化钼可以在中红外波段支持双曲型声子极化激元,这种极化激元有多种极具吸引力的优秀性质,它具有极强的场局域特性,可以支持厚度可调节的波导模式,并且有着极其低的损耗,并且因为其独特的晶格结构,声子极化激元可以在二维平面内以不同的速度进行传输。3.拓扑绝缘体表面的等离激元同样可以支持高度局域的电磁场,利用近场光学显微镜,我们通过实验方式揭示了拓扑绝缘体碲化铋中由于自旋轨道耦合形成的表面金属态可以支持高度局域的等离激元,这种表面等离激元在中红外显示为特征的边缘条纹,并且等离激元的波长可以通过碲化铋的厚度,激发波长以及外加栅压等方式进行动态调控,这种新型的等离激元对中红外的探测以及传感器件都有重要意义。我们对二维范德华材料中的极化激元进行研究,在中红外波段对光与物质相互作用的过程进行揭示以及调节,这些新型的极化激元材料相较传统的极化激元材料有比较大的优势,尤其在长波长波段有广阔的应用。