Un nouveau publication dans Sciences optoélectroniques discute de la propagation interdite des polaritons de phonons hyperboliques et des applications dans le transport d’énergie en champ proche.
La manipulation de photons à l’échelle nanométrique pour développer des dispositifs optoélectroniques intégrés et miniaturisés ainsi que des puces photoniques est une préoccupation majeure de la communauté de la nanophotonique. Parmi eux, les polaritons de phonons supportés par des matériaux van der Waals (vdW) en couches bidimensionnelles, qui ont émergé ces dernières années, ont attiré beaucoup d’attention en raison de leur durée de vie ultra-longue, de leurs pertes ultra-faibles et de leurs fortes capacités de confinement, et se sont révélés très prometteurs dans les domaines de l’imagerie sous-longueur d’onde, de la réfraction anormale, de la superlentille, de la gestion thermique, etc.
Un domaine de recherche dynamique émerge pour briser la limite de diffraction de l’optique conventionnelle sous la forme de polaritons et pour manipuler l’interaction entre la lumière et la matière.
Les polaritons phononiques accordables sont à la base d’une manipulation améliorée des dispositifs photoniques. Les stratégies d’accord actuellement disponibles pour les polaritons phononiques se limitent principalement à la construction de structures à motifs nanométriques sur le matériau vdW lui-même, telles que des structures de réseau périodique sous-longueur d’onde (comme des réseaux), ou des structures multicouches torsadées pour créer un angle magique photonique, ainsi qu’à la construction électromagnétique accordable d’hétérojonctions vdW à base de graphène, où les nanostructures augmentent les pertes et la torsion limite l’application de matériaux monocouches.
Il est important d’explorer davantage de méthodes de modulation pour manipuler l’excitation et la propagation des polaritons de phonons. De plus, il est d’une grande utilité pratique d’explorer l’effet du couplage des polaritons de phonons sur le transport d’énergie thermique en champ proche.
Les auteurs de la nouvelle étude proposent une stratégie pour piloter la propagation des polaritons phononiques dans le matériau vdW (trioxyde de molybdène, α-MoO3) à l’aide du substrat, de sorte que la direction de propagation des polaritons phononiques hyperboliques puisse être réorientée de 90° pour atteindre la propagation interdite. Dans le même temps, le rôle du couplage des polaritons phononiques dépendant du substrat dans le rayonnement thermique en champ proche est décrit et l’influence de la corrélation entre la largeur de l’espacement d’air et l’épaisseur de la plaque α-MoO3 sur le transfert de chaleur radiatif est étudiée.
Sur la base de la dérivation de l’équation de dispersion, les membres de l’équipe fournissent théoriquement la relation entre la direction de propagation des polaritons de phonons hyperboliques et la fonction diélectrique du substrat, ce qui montre que les polaritons de phonons hyperboliques le long de l’axe x et de l’axe y sont interdits de se propager lorsqu’il n’y a pas de substrat ou que la partie réelle de la fonction diélectrique du substrat est positive.
En revanche, lorsque la partie réelle de la fonction diélectrique du substrat est négative et que sa valeur absolue n’est pas trop grande, comme dans le SiC, la direction de propagation est réorientée de 90°, et elle peut alors se propager le long de la direction interdite. Pour les substrats métalliques tels que l’Au, le mode fondamental peut être excité avec l=0, par rapport à la configuration suspendue où le mode le plus bas est l=1.
Les polaritons dépendants du substrat sont appliqués au transfert de chaleur radiatif pour étudier l’effet des substrats SiC et Au sur le NFRHT entre deux plaques α-MoO3 et le comparer avec le cas sans substrat. On a constaté que le fait que le substrat SiC améliore ou supprime le rayonnement dépend de l’amplitude relative de l’épaisseur de la plaque α-MoO3 et de la largeur de l’espacement d’air.
Lorsque la largeur du vide varie, la région entière peut être divisée en une région presque inactive, une région d’inhibition et une région d’amélioration de gauche à droite en fonction de l’effet du SiC. En d’autres termes, pour une certaine épaisseur, plus la largeur d’espacement est petite, moins elle est efficace. Cela est dû au fait que lorsque la distance spatiale est inférieure à l’épaisseur de la plaque, la région du vecteur d’onde du couplage mutuel des polaritons excités de la plaque ne diffère pas beaucoup de celle du volume infini, ce qui donne une plaque qui peut être traitée de manière équivalente comme un matériau en vrac à ce stade, et donc le substrat n’est pas efficace pour le transfert d’énergie.
Plus d’information:
Kotaro Obata et al, Micro-usinage haute performance du saphir par ablation assistée par plasma induit par laser (LIPAA) utilisant des impulsions femtosecondes en mode rafale de GHz, Sciences optoélectroniques (2024). DOI: 10.29026/oes.2024.230053
Fourni par Compuscript Ltd