通过红外纳米光谱探测单个声子极化激元纳米粒子-镜面腔

纳米粒子-镜面（NPoM）腔能够实现极端的场约束和强光-物质相互作用，但它们在红外光谱范围内使用声子极化激元材料的实现仍 largely 未被探索。在此，我们使用纳米FTIR光谱研究由金纳米粒子在支持声子极化激元的石英基底上形成的单个声子NPoM腔的近场响应。通过将金属尖端放置在NPoM顶部并记录尖端散射场，我们观察到两个可重现的腔共振，通过数值模拟确定为基模和二阶天线模式。计算表明，在没有尖端的情况下，NPoM腔表现出超小模式体积（$V \sim 10^3$ nm$^3$）和高品质因子（$Q \sim 100$），从而产生非凡的场强增强（$F \sim 10^4$）和Purcell因子（$P_F \sim 10^9$）。它们还表明，纳米FTIR尖端能够高效激发和读出这些声子NPoM模式而不扰动它们，同时将NPoM间隙中的固有局域场强增强两个数量级。我们的结果确立了声子NPoM腔作为中红外纳米光子学的一个有前景的平台，并为基于单个腔的纳米FTIR测量的超灵敏振动光谱学铺平了道路。