远场中红外电致发光：揭示范德华异质结构中的双曲声子极化激元

《Nature》：Electroluminescence and energy transfer mediated by hyperbolic polaritons

研究人员开展范德华异质结构中双曲声子极化激元（HPhPs）电致发光研究，首次直接观测到远场中红外辐射，为高效能量转移和光子器件发展提供新思路

　　在高电流下，某些材料能够发出超出热辐射的电磁辐射，这种现象被称为电致发光（Electroluminescence）。电致发光能够高效地发射可见光子，是家用照明设备（例如发光二极管）的基础。从理论上讲，电致发光可以导致中红外区域的受限光-物质激发态——声子极化激元的发射。声子极化激元是光子与晶体晶格振动（光学声子）耦合产生的。特别是，在范德华晶体六方氮化硼（hBN）中产生的声子极化激元具有双曲色散特性，这增强了光-物质耦合。因此，双曲声子极化激元（HPhPs）的电致发光被提出作为解释在hBN封装的石墨烯晶体管中奇特的辐射能量转移现象的机制。然而，由于HPhPs是局部受限的，它们在远场中是无法被直接探测到的。因此，之前关于电致发光的任何迹象都是基于间接的电子信号，而尚未通过直接观测得到证实。在此，研究人员展示了由强偏置高迁移率石墨烯激发的HPhPs在范德华异质结构中的远场中红外（波长约为6.5μm）电致发光，并通过材料量化了相关的辐射能量转移。由于HPhPs在异质结构中的不连续处发生弹性散射，其存在通过远场中红外光谱学得以揭示。通过中红外热辐射测量接收能量的基底，量化了由此产生的辐射通量。此外，还表明在具有纳米尺度不均匀性的hBN中，这种辐射能量转移会减少，从而证明了电磁环境在这一过程中的核心作用