在纳米光学中，材料的介电常数在很大程度上决定了它所能支持的基本光学模式。传统贵金属纳米结构在近红外波段的介电常数实部为负数，支持局域表面等离激元共振模式；介质材料介电常数实部为正，支持 Mie 共振模式、回音壁微腔模式等。长期以来，金属与介质各自承担不同的光场调控功能，构成纳米光子器件的两类基本单元；若要在同一结构中兼得二者，往往需要复杂的金属—介质杂化设计。与上述各向同性材料不同，MoOCl₂ 的介电常数具有强各向异性：沿Mo—O链方向，材料在可见至近红外波段表现出金属性响应；在正交方向上，则保持介质性响应。正是这种“金属—介质双重性”，使同一种材料既能支持等离激元模式，又能支持介质共振模式，并带来常规材料所不具备的双曲色散响应，为纳米尺度的光场调控提供了新平台。

极端光学研究团队在MoOCl₂纳米盘结构中实现并命名了“双曲局域等离激元共振”模式，并揭示出三项区别于传统金属等离激元的特性：其一，在具有完全圆对称结构的纳米盘，其共振仍只沿金属轴方向出现，表现为一维共振特性；其二，在金属—绝缘体—金属结构中，间隙模式消失，共振波长几乎不随中间隔层厚度变化；其三，将两片纳米圆盘以一定角度扭转堆叠，无需打破几何形貌对称即可产生显著的光学手性。该工作表明，仅依靠材料自身的各向异性，即可实现对光场偏振与手性的有效调控。

图1 MoOCl₂材料结构、介电常数及其纳米结构支持的双曲局域等离激元共振

研究团队进一步利用 MoOCl₂ 的“金属”与“介质”双重特性，在单个MoOCl₂纳米圆盘结构中实现了等离激元模式与介质模式的共存。二者互不杂化，可由相互正交的面内偏振分别独立激发：沿金属轴激发局域等离激元模式，沿介质轴激发介质磁偶极模式。与等离激元模式相比，介质模式具有更高的品质因子。通过调节结构参数，还可使两种模式在光谱上重叠，同时各自保持偏振选择性，从而在同一波长下由偏振实现功能切换。这种在单一材料中实现金属与介质模式独立共存的能力，是传统单一金属或介质材料所难以具备的。

图2 MoOCl₂金属与介质模式共存样品的纳米结构加工工艺

MoOCl₂ 的金属—介质双重属性为纳米光学研究提供了一个新平台，将以往需要金属、介质两类材料乃至复杂杂化结构才能实现的功能，集成于同一种二维材料之中、有望应用于超紧凑偏振调控元件、高灵敏手性传感、非线性光学增强，以及多功能超表面与片上光子器件，并提供了“材料赋能”纳米光子学发展的新思路。

相关成果分别以“Hyperbolic localized plasmons and twist-induced chirality in an anisotropic 2D material”和“Coexistence of Metal and Dielectric Resonance Modes in a Single Nanostructure of a Hyperbolic Material”为题发表于Nature Communications和ACS Nano。北京大学物理学院龚旗煌教授和Hiroaki Misawa教授为共同通讯作者，合作者包括胡小永教授、吕国伟副教授和王树峰副教授等人。上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、教育部基础学科与交叉学科突破计划等的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-69435-8

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c06696