双曲极化激元与有机分子在纳米尺度下的方向性强耦合
材料科学
2025-09-29 v1
摘要
强耦合（SC）是物理学中描述光与物质极端相互作用的基本概念。近期实验已在纳米尺度实现 SC，其中强约束的极化激元（而非光子）与量子发射体或分子振动耦合。与后者的耦合通常被称为振动强耦合（VSC），因其在改变分子性质方面的有效性而具有重要的基础与技术意义。然而，VSC 的实现（尤其在纳米尺度）依赖于调控机制的发展，以控制耦合强度及其最终的方向性，从而为特定分子振动的选择性耦合打开大门。本文报告了方向性 VSC 的观测结果。具体而言，我们展示了与并五苯分子耦合的传播型双曲声子极化激元的纳米尺度图像，揭示了传播极化激元 VSC 的特征——在其振动共振处的色散显著反交叉——可作为传播方向的函数被调制。此外，我们表明 VSC 对薄分子层可表现出最优条件，其特征为沿单一方向具有最大耦合强度。通过分析极化激元场与不同厚度分子层的重叠，可以理解这一现象。除了基础重要性外，我们的发现还为纳米尺度下的方向性传感或化学性质的局部方向性控制提供了新应用前景。
引用
@article{arxiv.2509.22451,
title = {Directional strong coupling at the nanoscale between hyperbolic polaritons and organic molecules},
author = {Ana I. F. Tresguerres-Mata and Olga G. Matveeva and Christian Lanza and José Álvarez-Cuervo and Kirill V. Voronin and Francesco Calavalle and Garen Avedissian and Pablo Díaz-Núñez and Gonzalo Álvarez-Pérez and Aitana Tarazaga Martín-Luengo and Javier Taboada-Gutiérrez and Jiahua Duan and Javier Martín-Sánchez and Andrei Bylinkin and Rainer Hillenbrand and Artem Mishchenko and Luis E. Hueso and Valentyn S. Volkov and Alexey Y. Nikitin and Pablo Alonso-González},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.22451},
year = {2025}
}