今日，石墨烯又双叒叕背靠背登顶Nature！

斐索在1850年证明，当光在移动介质中传播时可以改变光速。然而，在快速移动的电子介质中，还没有通过电流来有效地实现对光速的这种控制。由于电子和光之间的强电磁耦合导致等离子体激元的集体激发，因此假设电子流系统中的斐索拖曳表现为等离子体多普勒效应。电子系统中等离子体多普勒效应的实验观察一直是一个挑战，因为等离子体传播速度比传统贵金属中的电子漂移速度快得多。

为此，加州大学伯克利分校王枫课题组利用无质量狄拉克电子的高电子迁移率和慢等离子体传播，直接观察强偏置单层石墨烯中等离子体激元的斐索拖拽。石墨烯中的大偏置电流产生了一个快速漂移的狄拉克电子介质，容纳了等离子激元。这导致非互易等离子体传播，其中等离子体与漂移的电子介质一起以增强的速度传播。研究人员使用低温近场红外纳米技术测量多普勒位移等离子体波长，该方法在低温下直接对偏置石墨烯中的等离子体激元模式进行成像。他们观察到与漂移电子介质一起运动的等离子体和与漂移电子介质对抗运动的等离子体之间的等离子体波长差异高达3.6%。研究人员对等离子体多普勒效应的发现为非平衡系统中非互易表面等离子体激元的电控制提供了机会。

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图 | 石墨烯器件中的多普勒效应示意图

无独有偶，哥伦比亚大学D. N. Basov和麻省理工学院D. A. Bandurin也开展了石墨烯等离子体斐索拖拽的研究。

菲涅尔预测了移动介质对光的拖曳作用，并且用著名的流水实验证实了这一点。这一重大发现是爱因斯坦狭义相对论的实验基石之一，并在相对论运动学的背景下得到了很好的理解。相比之下，电子流在固体中拖曳光子的实验存在不一致之处，并且与理论不一致。

为此，哥伦比亚大学D. N. Basov和麻省理工学院D. A. Bandurin报告了电子流拖动表面等离子体激元(SPPs)：石墨烯中红外光子和电子的混合准粒子。在高密度电流下，通过传播等离子体波的红外纳米成像，可以直接观察到拖拽现象。当对抗漂移的载流子传播时，石墨烯中的激元会缩短它们的波长。与光的斐索效应不同，由电流产生的SPP拖拽无法用简单的运动学解释，它与石墨烯中狄拉克电子的非线性电动力学有关。观察到的等离子体斐索拖拽能够在红外频率下打破时间反演对称性和互易性，而无需借助磁场或手性光泵浦。斐索拖拽还提供了用于研究电子液体中的相互作用和非平衡效应的工具。

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图 | 石墨烯的等离子体菲索拖拽：理论和模型

Zhao, W., Zhao, S., Li, H. et al. Efficient Fizeau drag from Dirac electrons in monolayer graphene. Nature 594, 517–521 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03574-4

Dong, Y., Xiong, L., Phinney, I.Y. et al. Fizeau drag in graphene plasmonics. Nature 594, 513–516 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03640-x

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