表面声子极化激元(SPhPs)是由红外光和光学声子之间的耦合产生的，被预测有助于沿极性薄膜︾和纳米线的热传导。然而，迄今为止的实验工作表明SPhPs的贡献非常有限。近日，美国范德比尔特大学Deyu Li教授研√究团队通过测量没有覆盖Au金属层和覆盖了Au金属层的3C-SiC纳米线的样品的热导率，成功∏证实了SPhPs对其热导率大小的影响。由SPhPs的预衰减所引起的热传导增加甚至超过了兰道尔基于玻色-爱因斯坦分布所¤预测极限的两个数量级。这进一步揭示了SPhPs对材料热导率的显著影响，也打开了通过SPhPs调节固体中的能量传输的大门。文章以《Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons 》为题，发表于Nature 期刊上。
本文中，研究者通过分辨率优于10 nm的近场◤光学显微镜对其手中的两类纳米线进行了表征。其中S1为缺陷较小的纳米线，而S2则为层错较多的◇纳米线。通过对纳■米线进行865 cm?1中红外激光的赝外差成像（SNOM），研究者成功获得了两类纳米线的纳米级相位成像↓。如下图所示，在层错较①多的Sample S2中，SPhPs的传播衰▓减非常迅速。而ω在结构缺陷较少的S1， 这种衰减则要小得多。
Sample S1：
Sample S2：
随后，作者通过将①德国「Neaspec公司的散射式近场光学显微¤镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR联用，沿下图图a中的箭头方№向对S1采集了610 - 1400 cm-1波※数范围内的光谱。这一范围已经包括了3C-SiC纳米线全部的剩余射线谱带。其中对TO 和 LO 频率的较强振幅反馈【和这种反馈沿箭头方向的衰减进一步证明了SPhPs在S1中的存在。以上结果表明层错的存在是使其成为SPhPs散射的决定性→因素，而这种因素与温度的变→化并不相关，进一步证明了在S1中，SPhPs是导致热导▲率变化的决定性因素。
值得注意的是，为了测量SNOM和Nano-FTIR，两类纳米线都被放置在了300 nm厚的SiO2薄膜基底上，相比单独↑存在的纳米线，放在SiO2薄膜基底↑上的两类样品的SPhPs的传播距离都大大减小，而信号衰减速度大幅增加，这对设备采集信号的信①噪比和光学成像的空间分辨率都提出了更高的要求。
文中使用的散射式近场↘光学显微镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR能够在10 nm的空间分辨『率下实现对材料的红外光谱表征，且得到的光谱能与传统FTIR，ATR-IR的红外光谱一一对应▓。同时，该技术具有无损伤、无需染色标记、快速且适用性广等优点，为本实验的红外及光学成像等研究起到了关键性作∑ 用。
neaspec散射式○近场光学显微镜（s-SNOM）及纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR
综上所述，通过使用Neaspec近场光学显微镜，研究者建立并证明了SPhPs传播和材料热导率⊙变化的关联性。也为将来通过SPhPs调节固体材料的热传导提供了可能性。这种调节可以在很多薄膜材料中︾抵消尺寸效应并改进固态器件的□设计。
参考文献：
[1]. Pan, Z., Lu, G., Li, X. et al. Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons. Nature(2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06598-0
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