本报讯（记者朱汉斌）近日，中国科学院外籍院士、香港大学校长张翔团队携手武汉大学教授刘晓泽团队、华南师范大学副研究员陈祖信团队等，在天然二维磁性半导体CrSBr领域取得重大突破。联合团队首次实验观测到由材料磁序介导的激子负折射现象，并依据此原理成功研制出可集成于芯片上的微型“激子超透镜”。相关成果发表于《自然-纳米技术》。

陈祖信指出，该研究构建了利用磁序操控纳米光传播的全新范式，为开发新一代磁光器件、片上超分辨成像系统以及光-磁量子接口筑牢了关键根基。该成果有望直接推动紧凑可调磁光调制器、片上超分辨成像、光-磁量子接口等下一代器件的研发进程，为集成光子学与量子信息技术提供关键材料与物理支撑。

激子作为半导体中电子-空穴对的复合体，虽在光吸收与发射过程中占据主导地位，但其在操控光传播（尤其是实现负折射）方面的潜力，长期未能得到实验验证。理论上，二维材料中的强激子共振可形成独特的“双曲”色散，为实现激子负折射提供了可能，然而其实验实现与调控一直面临重重挑战。

范德华层状磁体CrSBr在低温下呈现出层内铁磁、层间反铁磁的独特序构，且其强各向异性激子共振与磁序紧密耦合。研究发现，在磁有序相状态下，磁序会显著增强CrSBr沿特定晶轴方向的激子共振，致使该方向介电常数实部为负，进而形成支持负折射的“双曲”光学等频面。为直观观测这一现象，团队将CrSBr薄片与精密设计的片上纳米光子回路集成，通过波导引导光至材料边界，最终在远场直接捕捉到出射光与入射光分居法线两侧的负折射图像。

基于这一效应，团队进一步成功构建出“激子超透镜”器件，通过调控材料本身波长依赖的负折射行为来操控入射光的波前，成功将发散光束汇聚至衍射极限尺寸的焦点，实现了微纳尺度的片上光场操控。尤为关键的是，该负折射及聚焦功能呈现出鲜明的“磁控”开关特性：当温度升高使材料转入顺磁相时，光学功能随即关闭。这一磁序依赖的调控维度，超越了传统等离激元或声子激元体系，为发展动态可重构的纳米光子器件开辟了全新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-025-02118-5