光物理学：バルク異方性結晶におけるゴースト双曲型表面ポラリトン

異方性材料内のポラリトンによってエキゾチックな光学的特徴が生じ、これによって光をナノスケールで制御する機会が得られる可能性がある。これまでのところ、こうしたポラリトンは、材料内部を伝播するバルクポラリトンと、界面から離れると指数関数的に減衰する表面ポラリトンの2種類に限られていた。今回我々は、一軸性極性結晶表面を面内双曲型分散で伝播すると同時に、バルク中では斜めの波面を示す、ゴーストフォノンポラリトンの近接場観測の結果について報告する。ゴーストポラリトンは、マクスウェル方程式の特殊な非一様表面波動解で、光学軸が界面に対して斜めになった一軸性材料の表面で生じる。ゴーストポラリトンは、界面から離れると減衰する純粋なエバネッセント性の従来の表面波とは異なり、バルク結晶内で伝播性（位相進行性）とエバネッセント性（減衰性）の両方を持つという、まれな2状態性を示す。実空間近接場撮像実験によって、表面における深サブ波長のゴーストポラリトンの長距離（20 μmを超える）線状伝播が明らかになり、長距離かつ方向性の無回折ポラリトン伝播が実証された。同時に、光学軸の面外角度の制御によって、固定周波数で双曲型から楕円型へのトポロジカル転移が可能になることが示され、表面ポラリトン波のバンド図トポロジーを調整する手段が得られた。今回の結果は、天然異方性結晶においてナノスケール光を調整する特異な機会をもたらす、ポラリトニック波動現象を実証するものである。

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