二维材料中的声子极化激元

通过声子极化激元对电磁能量的极端限制，有望实现对物质动力学的强大且新颖的控制形式。为了将这种控制带到原子尺度极限，研究二维（2D）系统中的声子极化激元十分重要。最近的研究指出，即使在极性材料中，二维系统在 $\Gamma$ 点也不存在纵光学（LO）与横光学（TO）声子之间的分裂。这种 LO--TO 分裂的缺失是否意味着极性单层中不存在声子极化激元？在此，我们推导了由波矢依赖的 LO 和 TO 声子色散所指定的极性单层电导率的第一性原理表达式。在长波（局域）极限下，我们发现了用电导率在 $\Gamma$ 点的 LO 声子频率、其寿命以及 LO 声子群速度表示的普适形式。我们的分析表明，二维的声子极化激元就是该二维系统的 LO 声子。以六方氮化硼（hBN）这一具体例子，我们估算了 LO 声子的限制和传输损耗，发现高限制与合理的传输品质因数在现有近场光学显微技术可能难以探测的区域中同时存在。最后，我们研究了外部发射体与二维 hBN 纳米结构的相互作用，发现了由于与局域化二维声子极化激元耦合导致的自发辐射极端增强，以及外部发射体与 hBN 声子之间多模强耦合和超强耦合的可能性。这可能基于强耦合设计出电子与声子的新杂化态。