用电子显微镜探测范德瓦尔斯晶体中的低能双曲极化激元
介观与纳米尺度物理
2017-12-19 v1 材料科学
摘要
范德瓦尔斯（vdW）材料展现出引人入胜的结构、电子和光子特性。扫描透射电子显微镜（STEM）中的电子能量损失谱（EELS）允许在纳米尺度上对这些特性进行成像。然而，典型的 STEM-EELS 探测仅限于 eV 量级的能量损失，这对于探测重要的低能激发（如声子或中红外等离激元）来说过大。在此，我们改造了一套常规 STEM-EELS 系统，以探测低至 100 meV 的能量损失，并将其应用于成像代表性范德瓦尔斯（vdW）材料 h-BN 中的声子态。令人惊讶的是，h-BN 的 EELS 谱依赖于 h-BN 的厚度以及电子束到 h-BN 薄片边缘的距离。为解释这一观察结果，我们发展了一种经典响应理论，描述快电子与（各向异性）vdW 材料薄片的相互作用。理论和数值计算与实验 h-BN 谱完美吻合，并揭示电子损失主要由双曲声子极化激元的激发主导，而非通常报道的体声子。因此，STEM-EELS 提供了探测 vdW 材料中低能极化激元的可能性，而我们的理论对于解释未来实验具有根本重要性。
引用
@article{arxiv.1611.05371,
title = {Probing low-energy hyperbolic polaritons in van der Waals crystals with an electron microscope},
author = {Alexander A. Govyadinov and Andrea Konečná and Andrey Chuvilin and Saül Vélez and Irene Dolado and Alexey Y. Nikitin and Sergei Lopatin and Fèlix Casanova and Luis E. Hueso and Javier Aizpurua and Rainer Hillenbrand},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.05371},
year = {2017}
}