Die verbotene Ausbreitung hyperbolischer phononischer Polaritonen und ihre Anwendungen im Nahfeld-Energietransport

Eine neue Veröffentlichung in Optoelektronische Wissenschaften diskutiert die verbotene Ausbreitung hyperbolischer Phononpolaritonen und Anwendungen im Nahfeld-Energietransport.

Die Manipulation von Photonen im Nanomaßstab zur Entwicklung integrierter und miniaturisierter optoelektronischer Geräte sowie photonischer Chips ist ein Hauptanliegen der Nanophotonik-Community. Unter ihnen haben Phononpolaritonen, die durch zweidimensionale geschichtete Van-der-Waals-Materialien (vdW) unterstützt werden, die in den letzten Jahren aufgetaucht sind, aufgrund ihrer extrem langen Lebensdauer sowie ihrer extrem niedrigen und hohen Einschlussfähigkeiten große Aufmerksamkeit erregt und sich als großartig erwiesen vielversprechend in den Bereichen Subwellenlängen-Bildgebung, anomale Brechung, Superlinse, Wärmemanagement usw.

Es entsteht ein dynamisches Forschungsgebiet, um die Beugungsgrenze der konventionellen Optik in Form von Polaritonen zu durchbrechen und die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu manipulieren.

Abstimmbare phononische Polaritonen sind die Grundlage für eine verbesserte Manipulation photonischer Geräte. Derzeit verfügbare Abstimmungsstrategien für phononische Polaritonen beschränken sich in erster Linie auf die Konstruktion nanoskaliger strukturierter Strukturen auf dem vdW-Material selbst, wie etwa periodische Gitterstrukturen unterhalb der Wellenlänge (wie Gitter), oder aus verdrillten Mehrschichtstrukturen zur Erzeugung eines photonischen magischen Winkels sowie auf abstimmbare Strukturen Elektromagnetischer Aufbau von vdW-Heteroübergängen auf Graphenbasis, bei denen Nanostrukturen die Verluste erhöhen und Verdrehungen die Anwendung einschichtiger Materialien einschränken.

Es ist wichtig, weitere Modulationsmethoden zu erforschen, um die Anregung und Ausbreitung von Phononpolaritonen zu manipulieren. Darüber hinaus ist es von großem praktischen Nutzen, die Auswirkung der Phonon-Polariton-Kopplung auf den Nahfeld-Wärmeenergietransport zu untersuchen.

Die Autoren der neuen Studie schlagen eine Strategie vor, um die Ausbreitung phononischer Polaritonen im vdW-Material (Molybdäntrioxid, α-MoO) voranzutreiben₃) unter Verwendung des Substrats, so dass die Ausbreitungsrichtung der hyperbolischen phononischen Polaritonen um 90° umorientiert werden kann, um die verbotene Ausbreitung zu erhalten. Gleichzeitig wird die Rolle der substratabhängigen phononischen Polaritonenkopplung in der Nahfeld-Wärmestrahlung sowie der Einfluss der Korrelation zwischen Luftspaltbreite und α-MoO-Dicke beschrieben.₃ Platte auf Strahlungswärmeübertragung untersucht.

Basierend auf der Ableitung der Dispersionsgleichung stellen die Teammitglieder theoretisch die Beziehung zwischen der Ausbreitungsrichtung hyperbolischer Phononpolaritonen und der dielektrischen Funktion des Substrats her, was zeigt, dass hyperbolische Phononpolaritonen entlang der x- und y-Achse verboten sind Ausbreitung, wenn kein Substrat vorhanden ist oder der Realteil der dielektrischen Funktion des Substrats positiv ist.

Wenn andererseits der Realteil der dielektrischen Funktion des Substrats negativ ist und sein Absolutwert nicht zu groß ist, wie bei SiC, wird die Ausbreitungsrichtung um 90° umorientiert und sie kann sich dann entlang der verbotenen Richtung ausbreiten Richtung. Bei metallischen Substraten wie Au kann die Grundmode mit l=0 angeregt werden, im Vergleich zur schwebenden Konfiguration, bei der die niedrigste Mode l=1 ist.

Substratabhängige Polaritonen werden auf die Strahlungswärmeübertragung angewendet, um die Wirkung von SiC- und Au-Substraten auf die NFRHT zwischen zwei α-MoO zu untersuchen₃ Platten und vergleichen Sie es mit dem Fall ohne Untergrund. Es wurde festgestellt, dass es von der relativen Größe der Dicke des α-MoO abhängt, ob das SiC-Substrat die Strahlung verstärkt oder unterdrückt₃ Platte und die Breite des Luftspalts.

Wenn die Hohlraumbreite variiert, kann der gesamte Bereich basierend auf der Wirkung von SiC von links nach rechts in einen nahezu inaktiven Bereich, einen Hemmbereich und einen Verstärkungsbereich unterteilt werden. Mit anderen Worten: Je kleiner die Abstandsbreite ist, desto weniger wirksam ist sie bei einer bestimmten Dicke. Denn wenn der räumliche Abstand geringer ist als die Dicke der Platte, unterscheidet sich der Wellenvektorbereich der gegenseitigen Kopplung angeregter Polaritonen der Platte nicht wesentlich von dem des unendlichen Volumens, was zu einer Platte führt, die äquivalent als a behandelt werden kann Da es sich in diesem Stadium um Schüttgut handelt, ist das Substrat für die Energieübertragung nicht effizient.