堿金屬等離激元研究進展：從基礎到應用（特邀）

張毅，傅涵堉，梁潔，朱嘉，周林

（1 南京大學現代工程與應用科學學院、光熱調控研究中心，南京 210093）

（2 浙江工商大學信息與電子工程學院（薩塞克斯人工智能學院），杭州 310018）

0 引言

金屬是一種區別于電介質的固體光學材料，其內部存在的大量自由電子主導了光與金屬的相互作用，并對金屬的光學性質產生重要影響。早在1902 年，WOOD R W 就發現TM 偏振的電磁波照射金屬反射光柵表面時會出現異常吸收的現象［1］，隨著1998 年EBBESEN T W 等在亞波長穿孔金屬膜中報道了增強光學透射效應，金屬表面等離激元的研究再次興起［2］，并逐漸發展為一個光學分支學科——表面等離激元光子學（Plasmonics）［3］。金屬表面等離激元是光與金屬表面自由電子集體振蕩發生強烈耦合形成的一種表面電磁模式，在集成光子學［4-7］等領域表現出潛在的應用前景。然而由于金屬極強的電磁能量局域往往伴隨著顯著的焦耳熱效應和本征損耗，金屬表面等離激元光子器件的實用化過程面臨嚴峻挑戰［8］。近年來，南京大學光熱調控研究中心與合作者重新研究了堿金屬等離激元體系，取得了一些有意義的突破［9-10］。基于研究團隊既有研究進展，本文將聚焦金屬等離激元光頻損耗，回顧并總結其基本的光學性質與理論和實驗研究方法，以及堿金屬等離激元研究目前存在的困難和未來可能的發展方向。

1 堿金屬的光學性質

金屬體內擁有阿伏伽德羅常數量級的傳導電子，金屬中長程庫倫力和電子慣性的相互作用使得金屬體內和表面可對應建立起電子氣相對于正電背景集體振蕩的體相元激發（體等離激元，Bulk plasmon）和表面元激發（表面等離激元，Surface plasmon）。……