近日，澳门科技大学澳门材料科学与工程研究院欧清东助理教授团队破解了纳米尺度光的损耗密码。研究表明，降温能有效抑制原子间的散射干扰，让被压缩到极致的光波在材料中存活更久、传输更远，从根本上解决了该领域长期存在的能耗瓶颈，为开发高性能光电子器件奠定基础。相关成果以“Low-temperature hyperbolic phonon polaritonics with suppressed phononic scattering”为题发表于学术期刊 Science Advances。
纳米世界的「交通堵塞」难题
如在未来的电脑芯片里，不再用电子，而是用速度更快、能耗更低的光来传输和处理资讯，为了把庞大的光学设备缩小到纳米尺度（也就是头发丝的万分之一那么细），科学家们利用一种叫「声子极化激元」的特殊「光波」。它能把光强力压缩在极小空间里，被视为下一代超快光子芯片、超灵敏感测器和量子技术的理想「候选人」。
然而，这个「候选人」有个致命弱点——在我们日常的室温环境下，它就像在拥挤的早高峰地铁里穿梭，频繁与周围的「人群」（原子振动）碰撞，能量迅速耗散，没跑多远就 「累」了。这种严重的损耗，是阻碍其实际应用的最大难题。
图1. α-MoO3极化激元晶体低温红外响应与共振近场极化激元分布。
让原子「冷静」下来，光就能跑得更远
如何让光在纳米世界里跑得更顺畅、更长久？研究团队从「温度」入手，找到了问题的关键。研究发现，室温下原子振动之间存在「三体碰撞」和「四体碰撞」两种扰动模式，共同造成光波的损耗。但当温度大幅降低到零下133摄氏度（140K）时，奇迹发生了：剧烈的「四体碰撞」几乎完全消失，连「三体碰撞」也变得温和许多。团队以一种特殊材料（α-MoO₃）制成的纳米光子晶体进行实验，结果显示，在低温环境下，光的传播品质因数（可以理解为「续航能力」）竟然提升了将近一倍！这就像原本嘈杂喧闹的房间突然安静下来，声音自然能传得更清楚、更遥远。
图2. 低温抑制声子散射增强双曲声子极化激元示意图。
打通「最后一公里」的关键意义
这项研究的重大意义，在于它首次从微观原子振动的角度，清晰地揭示了低温如何「拯救」光波损耗的物理本质。这不仅解答了领域内长期悬而未决的理论问题，更为工程师们提供了明确的设计思路。研究还证实，这种降温抑制损耗的机制在多种材料中普遍适用，为未来开发真正超低功耗的纳米光子芯片、高效量子光源，以及更灵敏的红外成像技术，打通了关键的理论基础。让原子「安静」下来，光就能承载更多资讯，跑向更远的未来。这项发表在顶尖期刊上的突破，无疑为纳米光子学的应用之路点亮了一盏重要的明灯。
本论文的第一作者为澳门科技大学博士生钟港、中国地质大学（武汉）刘璐博士，通讯作者为北京理工大学王冲副教授、中国地质大学（武汉）戴志高教授、澳门科技大学欧清东助理教授。研究团队还包括来自复旦大学、浙江大学、苏州大学、电子科技大学、上海理工大学等单位的研究人员。
该工作得到了澳门科学技术发展基金（FDCT 0065/2023/AFJ, 0116/2022/A3, 0131/2025/RIA2）、国家自然科学基金（52402166）及广东省自然科学基金（2025A1515011120）等项目资助。
原文链接：Low-temperature hyperbolic phonon polaritonics with suppressed phononic scattering | Science Advances https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef2802
