极化子是电磁波与带电粒子或给定材料原子晶格振动的耦合激发。它们被广泛应用于纳米光子学，因为它们能够将光限制在纳米级的极小体积内，这对于增强光与物质的相互作用至关重要。
二维材料(即厚度仅为一个原子的材料)通常用于此目的，因为它们承载的极化子表现出更极端的限制、更低的能量损失，从而导致比块体材料更长的寿命和更高的可调性。为了更好地控制光限制并进一步增强极化子特性，可以使用称为纳米谐振器的纳米级结构。
此外，当光与纳米谐振器相互作用时，它会激发极化子，极化子以由谐振器的几何形状和材料特性决定的特定频率振荡和共振，从而实现在纳米尺度上对光的精确操控。
虽然使用极化子进行光约束是一种既定做法，但探测它们的方法仍有改进的空间。在过去的几年里，光学测量已成为一种常见的选择，但它们笨重的探测器需要外部设备。
这限制了检测系统的小型化和从测量中获得的信号清晰度(称为信噪比)，这反过来又阻碍了极化子特性在这两个特性至关重要的领域(例如分子传感)的应用。
现在，研究人员在《自然通讯》的一篇 文章中展示了将二维极化子与检测系统集成到同一二维材料中。集成设备首次实现了二维极化子纳米谐振器的光谱分辨电检测，标志着朝着设备小型化迈出了重要一步。
ICFO 团队包括 Sebastián Castilla 博士、Hitesh Agarwal 博士、David Alcaraz 博士、Adrià Grabulosa 博士、Matteo Ceccanti 和 Roshan Krishna Kumar 博士，由 ICREA 教授 Frank Koppens 领导。合作机构包括约阿尼纳大学、米尼奥大学、国际伊比利亚纳米技术实验室、堪萨斯州立大学、国家材料科学研究所(日本筑波)、POLIMA(南丹麦大学)和 URCI(约阿尼纳材料科学与计算研究所)。
研究团队将电光谱应用于三层二维材料堆叠。具体来说，六方氮化硼 (hBN) 层被放置在石墨烯之上，石墨烯又层叠在另一层六方氮化硼薄片上。
在实验中，研究人员发现了电光谱法与商用光学技术相比的几个优势。前者的光谱覆盖范围明显更广(即涵盖了更广泛的频率范围，包括红外和太赫兹范围)，所需设备明显更小，测量结果的信噪比更高。
该电偏振子平台代表了该领域的突破，主要有两个特点。首先，大多数光学技术都需要外部光谱检测器，而现在不再需要。单个设备同时充当光电检测器和偏振子平台，因此可以进一步实现系统小型化。
其次，虽然一般来说更高的光限制会损害这种限制的质量(例如，缩短光捕获的持续时间)，但集成设备成功克服了这一限制。
“我们的平台质量卓越，实现了破纪录的光学横向限制和高达约 200 的高品质因子。石墨烯的这种卓越限制和质量水平显著提高了光电检测效率，”该文章的第一合著者 Castilla 博士解释说。
此外，电光谱法可以探测极小的二维极化子(横向尺寸约为 30 纳米)。“由于分辨率有限，用传统技术检测起来非常困难，”他补充道。
卡斯蒂利亚反思了他们的新方法可能带来哪些未来发现。“传感、高光谱成像和光谱应用可以从这种电偏振子集成平台中受益。 ”
“例如，在传感方面，芯片上分子和气体的电检测将成为可能，”他建议道。“我相信我们的工作将为许多应用打开大门，而这些应用一直受到标准商业平台的笨重性质的阻碍。”