光物理学：非双曲結晶表面上の長距離双曲ポラリトン

双曲結晶、すなわち反対の符号を持つ誘電率テンソル成分を特徴とする異方性物質における、物質と光子の混成励起は、双曲ポラリトンの形での強い光–物質相互作用に起因して大きな注目を集めてきた。しかしこうした現象は、双曲結晶に限定されており、その光学応答は、固定スペクトル領域に限定されて調整可能性がないことによって、より広い適用性が制限されている。今回我々は、非双曲バナジン酸イットリウム（YVO₄）結晶において、双曲表面フォノンポラリトンの出現を実証する。我々は、理論解析と組み合わせた実空間ナノイメージングを使用して、物質の誘電率テンソル成分が同じ負の符号を持つ非双曲周波数範囲内で、YVO₄結晶表面上の表面フォノンポラリトンの双曲波面を視覚化した。さらに、温度を室温から極低温レベルまで変化させることによって、ポラリトン分散のin situ操作を実現し、これによって、双曲領域からの開通、そして最終的には楕円領域へのトポロジカルな遷移が可能になった。この温度制御された分散操作は、ポラリトンのトポロジーを正確に制御するだけでなく、その波長と群速度を変調させるものであり、低損失の長距離伝播と共に顕著な感度を示す。これらの知見は、双曲結晶に頼らなくとも双曲ナノ光学の領域を拡張して、負の屈折、スーパーレンズ効果、ポラリトニック化学、集積フォトニクスなどにおける応用の機会を開く。

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