正文
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光根据波长可分为不同的电磁波段，
每个波段都有其独特的用途，如可见光、近红外光、短、中波红外光以及长波红外光等。
其中，长波中红外光能够与分子发生共振，并通过共振峰的位置判断未知分子的化学键类型（如 C-O、C-H、C-N 键等），在生物传感和环境监测中具有重要意义。
但问题在于，长波中红外光的波长较长，大约在 10 到 20 微米，而分子的尺寸通常在 1 到 10 纳米之间。由于两者之间的尺度差异巨大，导致它们之间的相互作用非常微弱。
为了解决这一问题，需要将长波长的光压缩到更小的尺度，以增强光-分子耦合。然而，光的衍射极限限制了对其进一步压缩的能力。
声子极化激元（PhPs，Phonon-polaritons）提供了一种可能的解决方案：它由光子与极性介质中的光学声子相干耦合产生，能够将 10 微米的光压缩到 10 纳米甚至更小的尺度。这一特性在纳米光学领域极具应用潜力，例如制造微型红外光芯片或将光压缩到超薄材料中。
然而，声子极化激元的应用也面临着一些挑战。首先，声子极化激元的传播损耗较大，导致其传播距离受限。其次，传统的声子极化激元激发方式效率较低，且需要昂贵的设备支持，例如近场光学扫描显微镜等。
图丨石墨烯中非平衡载流子的 HPhP 电致发光概念（来源：
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这项研究起源于郭秋实在耶鲁大学读博期间，基于电子工程的背景，他提出了一种创新的设想：是否可以像半导体激光器或 LED 那样，通过注入电流或施加电压在芯片上直接激发声子极化激元？如果这样的电驱动方法存在，能否进一步利用它补偿声子极化激元的传播损耗，甚至实现对声子极化激元的放大？
为了验证这一想法，他尝试了多种方法，例如制备隧穿结等，但效果都不理想，理论计算也显示效率很低。因此，这项研究一度被搁置。
直到一天，课题组成员无意间看到的一篇关于六方氮化硼（hBN，hexagonal boron nitride）/石墨烯异质结构的文献，为这项研究带来了转机。该文献报道了一种很有趣的现象：当对石墨烯两端施加较高电压时，石墨烯的电流饱和现象非常明显。
郭秋实
说道：“通常情况下，金属导体两侧电压增高，通过金属导体的电流也会随之持续增大。但在这个实验中，当电压增加到一定程度后，石墨烯中的电流就基本不再变化。”
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/石墨烯/
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异质结构的中红外 HPhP 电致发光现象（来源：
Nature
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