近日，澳門科技大學澳門材料科學與工程研究院歐清東助理教授團隊破解了納米尺度光的損耗密碼。研究表明，降溫能有效抑制原子間的散射干擾，讓被壓縮到極致的光波在材料中存活更久、傳輸更遠，從根本上解決了該領域長期存在的能耗瓶頸，為開發高性能光電子器件奠定基礎。相關成果以“Low-temperature hyperbolic phonon polaritonics with suppressed phononic scattering”為題發表於學術期刊 Science Advances。
納米世界的「交通堵塞」難題
如在未來的電腦芯片裡，不再用電子，而是用速度更快、能耗更低的光來傳輸和處理資訊，為了把龐大的光學設備縮小到納米尺度（也就是頭髮絲的萬分之一那麼細），科學家們利用一種叫「聲子極化激元」的特殊「光波」。它能把光強力壓縮在極小空間裡，被視為下一代超快光子芯片、超靈敏感測器和量子技術的理想「候選人」。
然而，這個「候選人」有個致命弱點——在我們日常的室溫環境下，它就像在擁擠的早高峰地鐵裡穿梭，頻繁與周圍的「人群」（原子振動）碰撞，能量迅速耗散，沒跑多遠就 「累」了。這種嚴重的損耗，是阻礙其實際應用的最大難題。
圖1. α-MoO3極化激元晶體低溫紅外響應與共振近場極化激元分佈。
讓原子「冷靜」下來，光就能跑得更遠
如何讓光在納米世界裡跑得更順暢、更長久？研究團隊從「溫度」入手，找到了問題的關鍵。研究發現，室溫下原子振動之間存在「三體碰撞」和「四體碰撞」兩種擾動模式，共同造成光波的損耗。但當溫度大幅降低到零下133攝氏度（140K）時，奇蹟發生了：劇烈的「四體碰撞」幾乎完全消失，連「三體碰撞」也變得溫和許多。團隊以一種特殊材料（α-MoO₃）製成的納米光子晶體進行實驗，結果顯示，在低溫環境下，光的傳播品質因數（可以理解為「續航能力」）竟然提升了將近一倍！這就像原本嘈雜喧鬧的房間突然安靜下來，聲音自然能傳得更清楚、更遙遠。
圖2. 低溫抑制聲子散射增強雙曲聲子極化激元示意圖。
打通「最後一公里」的關鍵意義
這項研究的重大意義，在於它首次從微觀原子振動的角度，清晰地揭示了低溫如何「拯救」光波損耗的物理本質。這不僅解答了領域內長期懸而未決的理論問題，更為工程師們提供了明確的設計思路。研究還證實，這種降溫抑制損耗的機制在多種材料中普遍適用，為未來開發真正超低功耗的納米光子芯片、高效量子光源，以及更靈敏的紅外成像技術，打通了關鍵的理論基礎。讓原子「安靜」下來，光就能承載更多資訊，跑向更遠的未來。這項發表在頂尖期刊上的突破，無疑為納米光子學的應用之路點亮了一盞重要的明燈。
本論文的第一作者為澳門科技大學博士生鍾港、中國地質大學（武漢）劉璐博士，通訊作者為北京理工大學王冲副教授、中國地質大學（武漢）戴志高教授、澳門科技大學歐清東助理教授。研究團隊還包括來自復旦大學、浙江大學、蘇州大學、電子科技大學、上海理工大學等單位的研究人員。
該工作得到了澳門科學技術發展基金（FDCT 0065/2023/AFJ, 0116/2022/A3, 0131/2025/RIA2）、國家自然科學基金（52402166）及廣東省自然科學基金（2025A1515011120）等項目資助。
原文鏈接：Low-temperature hyperbolic phonon polaritonics with suppressed phononic scattering | Science Advances https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef2802
