六方氮化硼上的石墨烯作为可调谐双曲超材料

六方氮化硼 (h-BN) 是一种天然双曲材料，其介电常数在基面内相同 ($\epsilon^t = \epsilon^x = \epsilon^y$)，但在法向平面 ($\epsilon^z$) 上符号相反 ($\epsilon^t*\epsilon^z < 0$)。由于这一特性，有限厚度的 h-BN 平板可作为多模波导，用于传播双曲声子极化激元——这是一种源于光子与声子中电偶极子耦合的集体模式。然而，对这些双曲声子极化激元模式的控制仍然具有挑战性，主要是因为它们的电动力学性质由 h-BN 的晶格决定。在此，我们通过直接纳米红外成像表明，这些双曲极化激元可以在由单层石墨烯覆盖在 h-BN 上组成的范德华异质结构中得到有效调制。可调谐性源于石墨烯中的表面等离激元极化激元与 h-BN 中的双曲声子极化激元的杂化，使得石墨烯/h-BN 异质结构的本征模成为双曲等离激元 - 声子极化激元。值得注意的是，石墨烯/h-BN 中的双曲等离激元 - 声子极化激元几乎不受欧姆损耗的影响，使其传播长度比 h-BN 中的双曲声子极化激元长 1.5-2.0 倍。双曲等离激元 - 声子极化激元兼具石墨烯表面等离激元极化激元和 h-BN 双曲声子极化激元的优点。因此，石墨烯/h-BN 结构可归类为电磁超材料，因为这些器件产生的性质是其单一组成元素所不具备的。