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物理学 > 光学

arXiv:2501.08123 (physics)
[提交于 2025年1月14日 ]

标题: 通过二维布喇维格子引导极化子能量和动量

标题: Guiding polaritonic energy and momentum through two-dimensional Bravais lattices

Authors:Zhonglin Li (1 and 2), Yingying Wang (1), Ruitong Bie (3), Dongliang Yang (3), Tianze Yu (3), Wenjun Liu (1), Linfeng Sun (3), Zexiang Shen (4) ((1) Department of Optoelectronic Science, Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai, China, (2) Department of physics, Harbin Institute of Technology, Harbin, China, (3) Centre for Quantum Physics, Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurement (MOE), School of Physics, Beijing Institute of Technology, Beijing, China, (4) Division of Physics and Applied Physics, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, Singapore, Singapore)
摘要: 单层过渡金属二硫化物中的强激子吸收为研究具有可调色散的极化子提供了一个有前景的平台,这对于控制极化子的能量和动量至关重要,但仍然未被充分探索。 在本工作中,单层MoS$_2$与法布里-珀罗微腔耦合以形成极化子。 设计了五种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米柱的亚波长周期的布拉维格子。 周期性PMMA散射波与极化子之间的能量重叠建立了一个控制极化子能量定向流动的耦合通道,这通过角度分辨反射测量得到证实。 背向图像测量进一步表明,倒易空间中的色散可以被直接且手动调节,从而实现对其数量和位置的控制。 通过使用两端口两模模型分析反射率,进一步证明了极化子与PMMA散射波之间的耦合。 二维布拉维格子的对称性使得能量和动量流之间的角度可以广泛变化,从90{\deg },60{\deg },45{\deg }和30{\deg }到任意值。 通过调整晶格矢量长度,可以在特定方向上精细调节色散分支的位置,从而实现对极化子色散的全范围控制。 本工作首次通过布拉维格子设计理论和实验演示了引导极化子能量和动量方向的方法。
摘要: The strong exciton absorption in monolayer transition metal dichalcogenides provides a promising platform for studying polaritons with tunable dispersions, which are crucial for controlling polaritonic energy and momentum, but remain underexplored. In this work, monolayer MoS$_2$ is coupled with a Fabry-P\'erot microcavity to form polaritons. Five types of Bravais lattices with sub-wavelength periods, based on polymethyl methacrylate (PMMA) nanopillars, are intentionally designed. The energy overlap between the periodic PMMA scattering wave and the polariton establishes a coupling channel that controls the directional flow of polaritonic energy, as demonstrated through angle-resolved reflectance measurements. Back-space image measurements further demonstrate that the dispersion in reciprocal space can be directly and manually tuned, allowing for control over their number and their positions. The coupling between the polariton and PMMA scattering wave is further demonstrated by analyzing the reflectance using the two-port two-mode model. The symmetries of 2D Bravais lattices allow the angle between energy and momentum flow to vary widely, from 90{\deg}, 60{\deg}, 45{\deg}, and 30{\deg} to arbitrary values. By adjusting the lattice vector lengths, the position of the dispersion branch in a specific direction can be fine-tuned, enabling full-range control over polariton dispersion. This work presents the first theoretical and experimental demonstrations of guiding the direction of polaritonic energy and momentum through Bravais lattice design.
评论: 24页,5图
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2501.08123 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2501.08123v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.08123
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yingying Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 1 月 14 日 13:59:25 UTC (1,245 KB)
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