强各向异性薄晶体层中极化激元的基础理论

强各向异性薄层中的极化激元近年来因其在纳米尺度的定向传播而受到纳米光子学界的关注，这为纳米光学应用提供了独特可能。然而，充分利用各向异性极化激元的潜力需要透彻理解其性质，包括场约束、能量和相位传播方向以及损耗。在此，我们通过提供对薄双轴层中各向异性极化激元传播的基础见解来填补这一关键空白。特别地，我们引入了一种新方法，考虑到波矢的实部和虚部不平行，从而能够表示强各向异性材料中极化激元的等频曲线。事实上，我们分析表明波矢虚部方向平行于群速度，其可具有相对于相速度不同、甚至垂直或相反的方向。这一发现对理解各向异性介质中的极化激元现象至关重要，但迄今在文献中被广泛忽视。此外，我们引入了一个将双轴层中的极化激元模式分类为体模式和表面模式的标准，并分析了它们的色散、场结构和损耗。最后，我们发现了各向异性横电模的存在，其可展现自然沟道化。综上，我们的结果揭示了薄双轴层中电磁模式理论中迄今未被探索的领域。尽管以范德瓦耳斯MoO3层为例，我们的发现对其他强各向异性双轴双曲晶体的极化激元具有普遍性。