表面声子(surface phonon)，是指晶体表面可看作准二维晶格，准二维晶格格波的量子。当固体介质表面受到交替变化的表面张力作用时，质点作相应的纵横向复合振动，此时，质点振动所引起的波动传播只在固体介质表面进行，能量集中于固体表层内，故称声表面波(SAW)。弹性介质理论适用于波矢比布里渊边界小得多的声学表面波。当表面波的局域较强或波长较短时，连续介质理论不再适用，表面因为对称性的降低而显现出表面声子性质的重要性。
根据传播介质厚度与波长的比值大小及质点振动方式和传播速度的不同，典型的表面波又可分为:瑞利波、乐甫波。瑞利波(Rayleigh wave)是沿着半无限弹性介质自由表面传播的波，即当传播介质的厚度大于波长时，在一定条件下在半无限大固体介质上与气体介质的交界面上产生的表面波。乐甫波(Love wave)是当传播介质厚度小于波长时，在一定条件下产生的表面波，乐甫波发生在介质表面非常薄的一层内。质点平行于表面方向振动，波动传播方向与质点振动方向相垂直，相当于固体介质表面传播的横波。
中文名表面声子
外文名surface phonon
简介
表面声子激元是一种存在于极性晶体材料表界面上的特殊电磁模式，具有半光子-半声子的准粒子属性，可以实现高效的纳米尺度光压缩，在涉及光与物质相互作用的较多领域颇具应用前景。该模式存在的必要条件是在其传播方向上材料的介电函数实部为负，一般只能在材料的“剩余射线带”（即晶格振动导致的离子极化占主导地位的中远红外波段）得到满足，由此表面声子激元的研究高度依赖于红外表征技术。20世纪60至70年代，研究通过远场红外技术证实了声子极化激元模式的存在并验证了理论预测的色散特性。然而，由于当时缺少具有高空间分辨能力的红外表征技术，研究难以获得表面声子激元的模式分布信息，更无法实现对表面声子激元的调控。
近年来，近场光学表征技术尤其是散射型扫描近场光学显微术（s-SNOM）的发展以及新型低维纳米材料特别是范德华晶体的兴起，为表面声子激元的表征和调控研究带来了新机遇。已有研究表明，在新型范德华晶体中存在两种声子激元模式：单一界面约束的表面模式（图B）和双界面约束的波导模式（或称体模式，图B）。其中，表面模式的光场限域性较差但易于激发，而体模式光场限域性较好却难于激发，因而这两种模式的特性均不够理想，寻找一种能够结合两者优势的声子激元新模式成为该研究领域的下一个突破口。此前有理论研究预测与晶体光轴成一定夹角的晶面可以支持新的声子激元模式。然而，限于范德华晶体的层状属性，其晶面调控难以实现。鉴于此，研究团队回归传统晶体材料方解石，通过近场实验证实了表面声子激元晶面调控的可行性，并进一步结合理论分析揭示了一种集高光场限域和易激发优势于一身的新型声子激元“幽灵”模式的存在。[1]
无论是显微技术、数据存储还是传感器技术，都依赖于材料表面的电磁场结构。在纳米系统中，表面声子——原子晶格的时间畸变，对物理和热力学性质起着决定性作用。如果能对表面声子进行特殊操控，就有可能在两个具有纳米表面的组件之间实现更好的热传递。
表面声子可用于探测器、传感器或高效的被动冷却系统中。此外，表面声子将电磁能量集中在远红外范围内，这为造出超分辨率镜头、改进振动光谱等铺平了道路。尽管潜力巨大，但科学家对这一领域的探索仍然很少。为了开发新的纳米技术，必须首先使表面声子在纳米尺度上实现可视化。[2]
研究成果
2021年8月，中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆、华中科技大学教授李培宁与张新亮、新加坡国立大学教授仇成伟，以及美国纽约州立大学教授Andrea Alù合作，在表面声子激元成像表征研究方面取得重要进展，科研人员通过实验发现了一种新的声子激元“幽灵”模式。相关研究成果以Ghost hyperbolic surface polaritons in bulk anisotropic crystals为题，发表在《自然》上。[1]
参考资料1.表面声子激元成像表征研究获进展 · 今日头条+·中科院之声（引用日期：2021-08-26）
2.纳米表面声子首次实现三维成像 · 光明网（引用日期：2021-09-27）
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