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斐索在1850年證明，當光在移動介質中傳播時可以改變光速。然而，在快速移動的電子介質中，還沒有通過電流來有效地實現對光速的這種控制。由于電子和光之間的強電磁耦合導致等離子體激元的集體激發，因此假設電子流系統中的斐索拖曳表現為等離子體多普勒效應。電子系統中等離子體多普勒效應的實驗觀察一直是一個挑戰，因為等離子體傳播速度比傳統貴金屬中的電子漂移速度快得多。

為此，加州大學伯克利分校王楓課題組利用無質量狄拉克電子的高電子遷移率和慢等離子體傳播，直接觀察強偏置單層石墨烯中等離子體激元的斐索拖拽。石墨烯中的大偏置電流產生了一個快速漂移的狄拉克電子介質，容納了等離子激元。這導致非互易等離子體傳播，其中等離子體與漂移的電子介質一起以增強的速度傳播。研究人員使用低溫近場紅外納米技術測量多普勒位移等離子體波長，該方法在低溫下直接對偏置石墨烯中的等離子體激元模式進行成像。他們觀察到與漂移電子介質一起運動的等離子體和與漂移電子介質對抗運動的等離子體之間的等離子體波長差異高達3.6%。研究人員對等離子體多普勒效應的發現為非平衡系統中非互易表面等離子體激元的電控制提供了機會。

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圖 | 石墨烯器件中的多普勒效應示意圖

無獨有偶，哥倫比亞大學D. N. Basov和麻省理工學院D. A. Bandurin也開展了石墨烯等離子體斐索拖拽的研究。

菲涅爾預測了移動介質對光的拖曳作用，并且用著名的流水實驗證實了這一點。這一重大發現是愛因斯坦狹義相對論的實驗基石之一，并在相對論運動學的背景下得到了很好的理解。相比之下，電子流在固體中拖曳光子的實驗存在不一致之處，并且與理論不一致。

為此，哥倫比亞大學D. N. Basov和麻省理工學院D. A. Bandurin報告了電子流拖動表面等離子體激元(SPPs)：石墨烯中紅外光子和電子的混合準粒子。在高密度電流下，通過傳播等離子體波的紅外納米成像，可以直接觀察到拖拽現象。當對抗漂移的載流子傳播時，石墨烯中的激元會縮短它們的波長。與光的斐索效應不同，由電流產生的SPP拖拽無法用簡單的運動學解釋，它與石墨烯中狄拉克電子的非線性電動力學有關。觀察到的等離子體斐索拖拽能夠在紅外頻率下打破時間反演對稱性和互易性，而無需借助磁場或手性光泵浦。斐索拖拽還提供了用于研究電子液體中的相互作用和非平衡效應的工具。

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圖 | 石墨烯的等離子體菲索拖拽：理論和模型

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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