等离子技术能够对超出光学衍射极限的光进行操作，因此可以在诸如光子器件，光学隐身，生化传感和超分辨率成像等应用中发挥优势。然而，等离激元器件的基本场限制能力总是伴随着欧姆损耗，这严重降低了它们的性能。因此，人们一直在寻找损耗比贵金属低的等离子体材料（具有电子集体振荡的等离子体材料）。
2020年5月27日，南京大学周林，祝世宁，朱嘉及北京大学马仁敏共同通讯在Nature 在线发表题为“Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near infrared”的研究论文，该研究证明了一种制造高质量钠膜的方法。已经实现了基于钠的等离子体激元波导和纳米激光，并通过与已报告的基于贵金属的器件进行系统比较，验证了其高性能。此外，该研究证明了这些基于钠的等离子体装置可以在几个月内稳定运行。 该研究结果为低损耗的等离子体材料提供了另一种途径。钠基等离子设备的便捷制造工艺和最新性能为先进的等离子应用提供了机会。
在等离激元材料中，贵金属，尤其是银和金，由于其相对较低的损耗而成为最常用的金属。然而，这两种金属的光学损耗仍不为商业所接受，并且已成为等离子广泛应用的主要限制因素， 因此，人们一直在寻找低损耗的替代品，例如晶体金属，金属间复合材料，金属合金，氮化物和氧化物。
在这些替代方案中，长期以来，碱金属（如钠）一直被视为理想的等离子体材料，主要是因为它们的带内阻尼率低。当光与等离子体金属相互作用时，它会受到电子带内跃迁（γp）的散射阻尼的影响。尽管多年来人们一直预测钠是一种理想的等离子体材料，但除了对其光学常数的早期测量以及在沉淀的碱金属纳米粒子中的局部等离子体共振的证明外，作为等离子体材料的钠的实验探索受到了限制。由于其高化学反应性，使用常规的金属沉积技术（例如物理沉积）制造钠基结构一直具有挑战性。
该研究介绍了稳定的基于钠的等离子装置，在近红外波长下具有最先进的性能。该研究使用热辅助旋涂工艺制造了电子弛豫时间长达0.42皮秒的高质量钠膜。一项直接的波导实验表明，在钠-石英界面处支撑的表面等离激元极化子的传播长度在近红外波长下可以达到200微米。
该研究进一步证明了室温钠基等离子体纳米激光器，其激光阈值为每平方厘米140千瓦，低于先前报道的在近红外波长的等离子体纳米激光器的值。这些基于钠的等离子体装置在用环氧树脂包装后，几个月内在环境条件下显示出稳定的性能。这些结果表明，与使用贵金属的设备相比，等离子设备的性能可以大大提高，这对等离子，纳米光子学和超材料的应用产生了影响。
总之，该研究证明了一种制造高质量钠膜的方法。已经实现了基于钠的等离子体激元波导和纳米激光，并通过与已报告的基于贵金属的器件进行系统比较，验证了其高性能。此外，该研究证明了这些基于钠的等离子体装置可以在几个月内稳定运行。 该研究结果为低损耗的等离子体材料提供了另一种途径。钠基等离子设备的便捷制造工艺和最新性能为先进的等离子应用提供了机会。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9
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