研究人员通过将检测系统与同一二维（2D）材料中的极化子平台相结合，达成了重要的里程碑，首次实现了可以详细谱分辨率地检测二维极化子纳米谐振器。该新设备紧凑，并同时表现出优越的横向约束水平及高品质因子。
极化子是在电磁波与材料晶格中带电粒子或原子振动耦合时形成的。这些实体由于能够在极小（以纳米为单位）的空间内约束光，因此在纳米光子学中得到了广泛应用，这对于增强光与物质之间的相互作用至关重要。通常，在这种背景下，二维材料（本质上为一原子厚）是首选，因为它们支撑的极化子提供了更紧密的约束、更低的能量损耗（导致更长的寿命）以及相比块体材料更大的可调性。为了进一步优化光的约束并增强极化子特性，研究人员可以使用称为纳米谐振器的纳米尺度结构。此外，当光与纳米谐振器相互作用时，会激发出在谐振器的结构和材料设定的特定频率上振荡和共振的极化子，从而实现对纳米尺度光的精确操控。
尽管利用极化子进行光约束的使用已经相当成熟，但对其进行探测的技术仍需进步。近年来，光学测量逐渐受到欢迎，但这些方法依赖于需要外部设备的大型探测器，这限制了检测系统的小型化和从测量中获得的信号的清晰度（信噪比）。这一限制限制了极化子特性在小型化和信号清晰度至关重要的应用中的使用，例如分子传感。
来自ICFO的研究团队——包括Dr. Sebastián Castilla、Dr. Hitesh Agarwal、Dr. David Alcaraz、Dr. Adrià Grabulosa、Matteo Ceccanti、Dr. Roshan Krishna Kumar，及ICREA教授Frank Koppens的领导，与Ioannina大学、Minho大学、国际伊比利亚纳米技术实验室、堪萨斯州立大学、日本材料科学国家研究所（筑波）、POLIMA（南丹麦大学）和URCI（Ioannina材料科学与计算研究所）的合作伙伴共同展示了他们的研究成果，刊登在《自然通讯》上。他们首次展示了二维极化子与同一二维材料中的检测系统无缝集成，实现了二维极化子纳米谐振器的光谱解析电检测，标志着向小型化设备的重大进展。
研究团队在一组三层二维材料的堆叠上实施了电光谱，其中一层六方氮化硼（hBN）位于石墨烯之上，而石墨烯又位于另一层hBN之上。实验突显了电光谱相较于传统光学方法的几项优势。值得注意的是，电光谱方法的光谱覆盖范围更广（涵盖广泛的范围，包括红外和太赫兹频率），所需的仪器明显更小，且测量所获得的信噪比更高。
这一创新的电极极化子平台因两项关键优势而脱颖而出。首先，它消除了传统光学技术通常所需的外部探测器。相反，一个设备同时充当光电探测器和极化子平台，为系统的进一步小型化铺平了道路。其次，尽管通常情况下，增强光的约束可能会降低这种约束的质量（如减少光捕获时间），集成的设备有效地解决了这一问题。“我们的平台拥有卓越的质量，达到了前所未有的横向光学约束和接近200的高品质因子。石墨烯中这种优异约束和质量的组合大大提高了光电检测效率，”文章的首位共同作者Dr. Sebastián Castilla解释说。
此外，电光谱方法允许研究人员研究极小的二维极化子（横向尺寸约为30纳米），之前因传统技术的分辨率限制而受到限制，正如Dr. Castilla所言。
展望未来可能性，Castilla设想通过这一新方法实现各种应用。“传感、超光谱成像和光学光谱测量可能受益于这个集成的电极极化子平台。例如，在芯片上对分子和气体的电检测可能很快变得可行，”他提议说。“我相信我们的研究将为许多受到传统商业平台笨重性质限制的应用铺平道路。”
