哈工大全媒体（李双余 原伟哲 文/图）近日，我校能源科学与工程学院易红亮教授团队在极性介电超晶格红外光学性质研究中取得重要进展，揭示了超短氮化镓‌/氮化铝‌超晶格红外介电响应的界面原子效应。相关成果《氮化镓‌/氮化铝‌超晶格红外介电响应中的原子尺度效应》（Atomistic effect on infrared dielectric response of GaN/AlN superlattices）发表在美国物理联合会旗舰期刊《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）上。

极性介电材料能够激发声子极化激元，在红外纳米光子学、热辐射调控等领域具有重要应用前景。然而，传统红外光学调控主要基于体材料光学声子性质，光谱调谐范围有限。由原子级薄层交替构成的超晶格为调控红外响应提供了新平台，但当材料周期降低至纳米甚至原子尺度时，界面原子尺度效应将显著改变红外光学性质，传统体材料性质近似和有效介质理论难以准确描述其物理行为。

针对这一挑战，易红亮教授团队突破现有研究思路和方案的制约，建立了基于包含动态电荷的机器学习势分子动力学的格林-久保理论预测框架。该方法从离子偶极矩涨落出发，直接计算超短超晶格红外介电函数及红外反射率，构建了原子结构与红外光学响应的定量关联。研究结果表明，该方法在考虑界面原子混合后，解释了超短周期GaN/AlN超晶格红外介电函数和反射光谱的实验测量结果。与微扰框架下的经典晶格动力学理论相比，该方法不仅能够准确计算光学声子频率，还能自然考虑声子非谐性和界面原子混合对声子线宽及红外光学响应的影响，从而实现复杂界面体系红外光学性质的直接预测。

团队进一步系统研究了组分比例和周期尺寸对GaN/AlN超晶格红外光学性质的影响。随着组分改变，红外活性声子频率呈现连续可调特征；随着超晶格周期增加，界面声子模式对红外介电响应的影响逐渐减弱，体系红外响应逐步趋向体材料特征。该成果从原子尺度揭示极性介电超晶格红外响应的物理机制，为红外纳米光子器件和热辐射调控材料设计提供新的研究思路。

GaN/AlN 超晶格红外介电响应的原子尺度调控机制

哈工大为论文唯一通讯单位。能源科学与工程学院博士研究生原伟哲为论文第一作者，郭洋裕教授和易红亮教授为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0316648