ナノフォトニクス：2Dヘテロ構造における双曲面フォノンポラリトンのエレクトロルミネッセンス

フォノンポラリトンは、極性誘電体中の光子と光学フォノンのコヒーレント結合によって生じる準粒子である。フォノンポラリトンは、電場を深サブ波長スケールまで低損失で閉じ込める並外れた能力を持つため、サブ回折限界画像化や近接場エネルギー移行など、従来のフォトニクスの枠を超えた一連の応用を可能にする独自の状態にある。しかし、光学的方法によってフォノンポラリトンを励起する従来の手法は、近接場スキームと共に高価な光源を必要とし、フォノンポラリトンと自由空間光子との間の大きな運動量不整合に起因して、一般に励起効率が低くなる。今回我々は、適切な条件下で、フォノンポラリトンをドリフト電荷キャリアによって全電気的に励起できることを示す。具体的には、六方晶窒化ホウ素（hBN）/グラフェンヘテロ構造において、超高移動度グラフェン中の電荷キャリアを電気的に平衡状態から押し出すことによって、hBNの双曲面フォノンポラリトン（HPhP）の明るいエレクトロルミネッセンスを中赤外周波数で観測した。これは、黒体熱放射とは大きく異なる、温度とキャリア密度の依存性を示している。さらに、HPhPエレクトロルミネッセンススペクトルのキャリア密度依存性から、HPhPエレクトロルミネッセンスが、グラフェン中の電荷キャリアのバンド間遷移とバンド内チェレンコフ放射の両方から生じ得ることが明らかになった。こうしたHPhPエレクトロルミネッセンスは、電気的に励起される中赤外およびテラヘルツのフォノンポラリトン光源を実現する道を提供する。

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