近日，实验室段辉高教授课题组的郑梦洁博士研究生作为共同作者与MIT的Marin Soljačić教授及Karl Berggren教授团队一起在Nature上发表了题为“A general theoretical and experimental framework for nanoscale electromagnetism”的论文。该论文提出了一种广义的电磁学理论，对理解和预测在介观尺度下的电磁现象有着重要的意义。
麦克斯韦于一百年前所提出的电磁学理论作为现代场论的先导，极大地促进了科学技术的发展。然而，该经典理论只适用于宏观领域，在微观领域不可避免地受到量子效应的极大影响。当前，尚缺乏通用和统一的理论框架用于解释微观尺度下的电磁现象。在该工作中，研究者通过构建非经典表面响应函数来重新引入在经典理论中被忽视的电子长度量级，并通过实验对薄膜耦合型等离激元纳米谐振器进行直接测量，获得所构建模型的复杂色散表面响应函数，实现微观体系中的电磁理论。这为模拟和理解在纳米尺度下的电磁现象提供了一个通用的解析框架。
图 | 艺术化下的微纳光学结构中的电子尺度（设计：陈磊）
麻省理工学院教授 Marin Soljačić 对这项突破感到十分兴奋，他表示：“我们希望这项研究能产生实质性的影响。这一工作为纳米表面等离子激元研究，纳米光子学，以及控制纳米尺度物质与光的相互作用开启了新的篇章。”
段辉高教授课题组致力于培养微纳制造及应用领域的专门人才。该工作为郑梦洁博士研究生在MIT联合培养期间所参与的工作，她在其中主要负责高品质样品的纳米加工和形貌表征及统计工作。据悉，本工作也是段辉高教授课题组于2018年与美国亚利桑那州立大学合作发表Nature Energy（影响因子：54.0）以来的又一个标志性的国际合作成果，也是重点实验室大力推进国际科研合作的成果见证。
图 | a. 密度泛函计算所得金属 - 真空界面下的稳态和激发电荷密度；b. 界面相关的非经典电磁效应可以参数化为自洽表面极化偶极子和表面电流，进而修正经典边界条件；c. 实验结构——膜耦合金纳米盘；d. 实验结构的表面非经典偶极子密度；e. 实验测得的非经典频移 f-g. 实验测得的 d 参数的色散。（来源：Nature）
