ナノフォトニクス：双曲面ポラリトンに媒介されるエレクトロルミネッセンスとエネルギー移動
Nature 639, 8056 doi: 10.1038/s41586-025-08627-6
高電流下では、一部の材料は、白熱を超える電磁放射を発し得る。エレクトロルミネッセンスと称されるこの現象は、可視光子の効率的な放出につながり、発光ダイオードなどの家庭用照明デバイスの基礎となっている。原理的には、エレクトロルミネッセンスは、光子と結晶格子振動（光学フォノン）の結合から生じる、フォノンポラリトンと呼ばれる閉じ込められた光–物質励起の中赤外発光を引き起こすことがある。特に、ファンデルワールス結晶である六方晶窒化ホウ素（hBN）に生じるフォノンポラリトンは双曲面分散関係を示し、これが光–物質結合を増強する。こうした理由から、hBNに封止されたグラフェントランジスター内の特異な放射エネルギー移行の説明として、双曲面フォノンポラリトン（HPhP）のエレクトロルミネッセンスが提案されている。しかし、HPhPは局所的に閉じ込められているため遠距離場中では実現できず、従って、エレクトロルミネッセンスを示すいかなる兆候も間接的な電子の特徴に基づいていて、直接観測ではいまだ確認されていない。今回我々は、ファンデルワールスヘテロ構造内の高移動度グラフェンに強くバイアスをかけることによって励起される、HPhPの遠距離場中赤外（波長約6.5 μm）エレクトロルミネッセンスを実証し、それに伴う、この材料を通じた放射エネルギー移行を定量化した。HPhPの存在は、ヘテロ構造内の不連続面での弾性散乱に起因して、遠距離場中赤外分光法により明らかになった。結果として生じた放射フラックスは、エネルギーを受け取る基板の中赤外パイロメトリーによって定量化された。この放射エネルギー移行がナノスケールの不均一性を持つhBN内で減少することも示され、これにより、この過程における電磁気的環境の中心的役割が実証された。
