利用热 transducer 在单个纳米腔中探测强光-物质相互作用

近年来，强光-物质耦合的概念已在半导体结构中得到证实，并有望彻底改变包括固态激光器和探测器在内的器件的设计与实现。我们展示了一种新颖的纳米光谱技术，可用于研究单个亚波长尺寸纳米腔中的光-物质相互作用，而传统技术无法进行远场光谱分析。我们在金属-绝缘体-金属谐振腔内插入了一层在中红外（5 $\mu$m < $\lambda$ < 12 $\mu$m）吸收可忽略的薄（约 150 nm）聚合物层，其中光子模式与半导体量子阱的子带跃迁发生强耦合。子带跃迁峰值位于 $\lambda$ = 8.3 $\mu$m，纳米腔总厚度为 270 nm。聚合物层作为非微扰 transducer，仅对光学响应引入有限改变，同时可揭示隐藏腔体内吸收的光功率。由于腔体有源区热耗散引起的聚合物热膨胀，并利用原子力显微镜（AFM）进行测量，实现了对腔体损耗的光谱分析。这一创新方法可在单纳米谐振器水平上从腔体损耗谱中识别出极化激元色散的典型反交叉特征。结果还表明，由金属镀层 AFM 探针尖介导的外驱动场与顶部金属贴片的近场耦合是可能的，并且它使得即便在存在强光-物质相互作用时也能对腔体模式对称性进行近场成像。