范德瓦尔斯晶体中可扭转调谐的极化声子纳米谐振器

光学纳米谐振器是众多纳米技术应用(例如光谱学)的基本构建模块,因为它们能够在纳米尺度上高效限制光。近来,基于极性晶体(例如 SiC 或 h-BN)中声子极化激元(PhPs,即光与晶格振动耦合)激发的纳米谐振器因其强场限制、高品质因子以及在中红外(IR)频率增强光子态密度的潜力而备受关注。在此,我们更进一步,引入不仅具有这些非凡特性还引入新自由度——扭转调谐(即通过一个简单旋转进行光谱调控)的 PhPs 纳米谐振器。为此,我们既利用了范德瓦尔斯晶体 $\alpha$-MoO$_3$ 中 PhPs 的低损耗面内双曲传播,又实现了置于金属带状光栅之上的原始 $\alpha$-MoO$_3$ 薄板的介电工程,从而保持极化子共振的高品质。通过在平面内简单旋转 $\alpha$-MoO$_3$ 薄板(从 0 到 45$^{\circ}$),我们借助远场和近场测量证明,窄极化子共振(品质因子 Q 高达 200)可在宽范围(高达 32 cm$^{-1}$,即高达其半高全宽 FWHM ~ 5 cm$^{-1}$ 的约 6 倍)内调谐。我们的结果为开发用于传感、发射或光电探测的红外频率可调低损耗纳米技术打开了大门。