70多年前，我国物理学家黄昆提出了一套描绘光与物质相互作用的理论，为一种叫“声子极化激元”的独特物理现象铺好了地基。简单说，这是一种光与原子振荡“手拉手”耦合而成的特别形式，能把光场压得很紧很密，是一种“半光半物质”的东西。当今，它被科学家赋予了一项简直难以想象的新本事。国家纳米科学中心研讨员杨晓霞、上海交通大学教授戴庆、北京大学教授高鹏、姑苏试验室研讨员丁峰联合研讨团队，成功把一束在纳米标准下被高度软禁的光，变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”，对资料内部埋藏的细小变形完成了无损勘探，精度到达约10皮米——相当于两个原子之间距离的几十分之一。相关效果日前发表于《天然》。
故事得从一个悬而未决的问题讲起。“声子极化激元能把光紧缩得很凶猛，但当它被关进几纳米的狭隘拥堵的空间后，究竟会表现出哪些新行为？”高鹏和记者说，一般光学显微镜受限于光的衍射极限，底子看不清这些被软禁在纳米角落里的光长什么样。课题组依托北京大学电子显微镜渠道，发展出一套把电子束聚集到比原子还细、用它来激起并调查这些特别光场的办法。
“电子束就像一根极细的针尖，能精准戳进纳米国际，既把声子极化激元激起出来，又能当场拍下它在空间中的散布。”高鹏说，靠着这双“火眼金睛”，团队此前已经在一层原子厚度的氮化硼中，看到了被压得极紧的光场；后来又在氮化硼纳米管里发现了“回音壁形式”——光被牢牢困在几纳米薄的管壁中，沿着管壁绕圈传达，就像声响在回音壁重复反射相同。
一个斗胆的想法随之冒出：已然光被紧缩到了极限，周围原子层哪怕有一丝一毫的位移，它也理应能“发觉”到。“能不能用这束软禁的光，做一把能量出皮米级形变的精细尺子？”联合团队找来了一个抱负模型：把“碲量子点”塞进氮化硼纳米管。量子点就像一颗细小楔子，形成管壁原子层的轻轻变形。电镜丈量显现，量子点邻近的光频率发生了约20个波数的红移，而其他方向的光简直没变。
频率变了，那究竟变形了多少？团队又结合计算机模仿和高压物理试验，终究承认变形起伏约在4.4到12.3皮米之间——比一根头发丝的直径还小上千万倍。
“就这样，一种根据软禁光增强效应的皮米传感新办法诞生了。”高鹏表明，比起传统办法，它不损坏样品、灵敏度极高，还能看清纳米标准的空间细节，等于给科学家配了一副能“听诊”原子国际弱小形变的新式纳米听诊器。（记者晋浩天）
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