GaN 中红外等离子体：低损耗近零介电常数模式

近零介电常数 (ENZ) 材料，以 $| Re({\epsilon}) | < 1$ 为特征，能够实现独特的光传播特性，包括在亚波长尺度内的光场约束。为降低该 regime 中的损耗，理想的是同时具备近零介电常数和 $n<1$ 折射率的材料，这类材料称为近零折射率 (NZI) 材料。当这两个条件同时满足时，即可得到一种结合强光约束与降低光学损耗的低损耗 ENZ 介质。为在中红外实现此行为，需使用高度掺杂的半导体，而目前技术上可实现的材料最为理想。本工作提供了对高度掺杂 GaN 薄膜在硅基上的等离子体特性的首次深入研究，并通过实验演示，显示其在最高可达 $3{\mu}m$ 处具有低光学损耗和低损耗 ENZ 特征。通过提取光学参数，我们确定了 ENZ 和 NZI 区域，并与现有文献进行了比较。由于氮化物的大偏电特性，观察到表面等离子体与声子等离子体之间的混合态，并伴随高能模的平坦色散特征（位于 plasma 频率附近），这表明其 ENZ 特性。建立 GaN 作为中红外 ENZ 基座等离子体平台的可能性，为未来的红外光子技术集成铺平了道路。