基于 ZnO 平台的负指数声子调控超材料

负指数超材料（NIM）可通过具有 $\epsilon_{parallel}>0$ 和 $\epsilon_{perpendicular}<0$ 的各向异超负介质（HMM）实现。这种方法传统上采用堆叠的掺杂/未掺杂半导体层实现。近期来，表面声子极化子（SPhP）因其相较于表面等离子体极化子（SPP）的低损耗优势而成为一种有前景的替代方案。尽管存在这一优势，SPhP 基于的方法仍未得到充分探索，这与在合金材料中使用不同声子频率的异质结构确保高质量晶体有着相关挑战。本文设计了一种基于 ZnO/(Zn,Mg)O 异质结构的声子驱动负指数超材料，展示了通过精确选择 Mg 含量和相对层厚度来控制其超负行为的能力。我们的研究表明，随着三元层中 Mg 含量的增加，I 类超负行为得到增强，最佳层厚度随 Mg 含量而异。在分析实现 I 类超负色散条件后，我们通过一个层厚相等且 Mg 浓度为 32% 的样品实验演示了此概念。我们采用偏振光谱和衍射光谱来表征该结构，并报告了在 I 类超负区域内发现一种 SPhP 模态。通过传递矩阵法，我们进一步表明该模态表现出负频率色散，这是 I 类超负模态的标志性特征，等离子频率曲线计算进一步确认了这一行为。控制声子超负 I 类超材料的设计为利用 SPhP 激发实现低损耗亚衍射光模式提供了探索潜在应用的基础。