华中科技大学90后博士马玮良，师从青年学者李培宁教授，以第一作者的身份在全球顶级期刊《Nature》发表了题为“Ghosthyperbolic surfacepolaritons in bulk anisotropiccrystals”的文章。
研究团队突破性证明了传统的双折射晶体中存在“幽灵”双曲极化激元电磁波，该成果革新了极化激元基础物理的“教科书”定义，对凝聚态物理、光物理、电磁学等领域的基础原创研究具有重要指导意义。
这是马玮良博士发表的第2篇《Nature》正刊。其实，早在2018年，马玮良在苏州大学攻读硕士生研究生的时候就以第一作者的身份在《Nature》上发表论文，成果入选“2018年度中国光学十大进展”。
马玮良本科和硕士均就读于苏州大学，本科毕业于该校物理科学与技术学院物理学专业（2011-2015），硕士毕业于该校功能纳米与软物质研究院物理学专业（2015-2018）。
按照原计划，马玮良已经获得澳大利亚蒙纳士大学博士全额奖学金，即将前往澳洲继续深造。
但受到疫情等多重因素影响，硕士毕业后，马玮良选择攻读华中科技大学博士研究生，师从青年博导李培宁。
在2018年马玮良作为第一作者发表的Nature论文中，李培宁也是合作者之一。
左3位黄色上衣为马玮良博士，左4为李培宁教授。
该篇论文属于苏州大学和CIC Nanogune研究中心合作的论文，CIC Nanogune研究中心则是李培宁回国前工作的单位。正是这一学术渊源，使得马玮良放弃了出国深造的机会，直接留在李培宁教授身边读博。
时隔两年，2021年，华中科技大学90后马玮良，师从青年学者李培宁教授（手握3篇正刊），以第一作者的身份在全球顶级期刊《Nature》发文。
展示方解石晶体中“幽灵”双曲极化激元各向异性传播的艺术示意图
极化激元光学是当今凝聚态物理、光物理、材料科学等多学科交叉的前沿科学领域，也是我国的传统优势研究方向之一。
极化激元（polaritons）是光和物质强耦合作用产生的“半光-半物质”准粒子，能够将光场压缩聚焦到很小的尺度，从而突破衍射极限，实现奇异的微纳光学现象和重要应用。
早在1951年，我国著名半导体物理学家黄昆先生就提出声子极化激元的经典理论，开辟了这一重要研究方向。随后，根据材料种类的不同，不同性质的极化激元（如，激子极化激元、等离极化激元等）相继被发现。
目前，这些不同种类的极化激元一般被归纳为两类传播模式：沿着材料界面传播的表面模式（surfacepolaritons）和在材料内部传播的体模式(volumepolaritons)。二者的本质区别在于垂直材料界面方向，极化激元的波矢为纯虚数（表面模式）或纯实数（体模式）。
马玮良及同事的研究成果突破了极化激元模式分类的固有认识，证明了在各向异性的方解石晶体中，存在第三种极化激元模式——“幽灵”双曲极化激元（Ghosthyperbolic polaritons）。
三种极化激元模式的特征电磁场模式分布的比较。（上）“幽灵”极化激元模式、（中）表面极化激元模式、（下）体极化激元模式。
研究团队通过对麦克斯韦方程组严格求解，证明“幽灵”双曲极化激元沿着垂直表面方向的传播常数为复数（同时有实部也有虚部），表现为该方向上的电磁场传播呈现振荡衰减的特性。
通过理论预测及计算，研究团队发现当方解石晶体的光轴和晶体界面存在一定的夹角时，就可存在“幽灵”双曲极化激元。这种新型的极化激元具有面内双曲型色散关系，表现出强各向异性的传输特性。
实验得到的近场强度分布揭示了特征的双曲极化激元模场分布，在天线的右边观测到了“幽灵”双曲极化激元以高度局域的射线形式传播，“渠道型射线”传输逾20微米距离后才完全衰减，其传输距离远高于二维材料中的极化激元，这也反映了方解石中的“幽灵”双曲极化激元具有较低的损耗。
近场成像实验证明“幽灵”极化激元的各向异性传播特性。（左）实验示意图、（中）测量的“幽灵”极化激元高分辨近场图像、（右）波矢空间分布图
此外，研究团队同时证明了能够通过改变双折射晶体内禀的属性——光轴的朝向来调节极化激元的色散。除了方解石晶体以外，研究团队也预测例如石英，氧化铝等众多常见的双折射晶体中都可能存在这种性质优异的“幽灵”极化激元。
此项研究工作也有力证明了储量丰富、可大规模制备的极性晶体在微纳光学领域具有极大的应用潜力，在红外光谱传感、亚波长信息传递、超分辨聚焦成像、纳米尺度辐射调控等诸多方面都有着重要的应用前景。
近年来，随着国内科研水平提升，顶尖期刊的发表普遍呈现“下移”的趋势。不仅见刊文章数量呈爆发式增长，且越来越多的90后成为论文的第一作者甚至通讯作者，未能入选“双一流”的普通高校也在顶尖期刊上屡有斩获。
像马玮良这样的优秀青年科研人才也越来越多地涌现出来。属于科研人员的“春天”，相信不会太过遥远。
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