Phonon Polaritons in Monolayers of Hexagonal Boron Nitride.
monolayers
phonon polaritons
van der Waals materials
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Sep 2019
Sep 2019
Historique:
received:
11
10
2018
revised:
01
07
2019
pubmed:
30
7
2019
medline:
30
7
2019
entrez:
30
7
2019
Statut:
ppublish
Résumé
Phonon polaritons in van der Waals materials reveal significant confinement accompanied with long propagation length: important virtues for tasks pertaining to the control of light and energy flow at the nanoscale. While previous studies of phonon polaritons have relied on relatively thick samples, here reported is the first observation of surface phonon polaritons in single atomic layers and bilayers of hexagonal boron nitride (hBN). Using antenna-based near-field microscopy, propagating surface phonon polaritons in mono- and bilayer hBN microcrystals are imaged. Phonon polaritons in monolayer hBN are confined in a volume about one million times smaller than the free-space photons. Both the polariton dispersion and their wavelength-thickness scaling law are altered compared to those of hBN bulk counterparts. These changes are attributed to phonon hardening in monolayer-thick crystals. The data reported here have bearing on applications of polaritons in metasurfaces and ultrathin optical elements.
Identifiants
pubmed: 31353629
doi: 10.1002/adma.201806603
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e1806603Subventions
Organisme : DARPA Driven and Nonequilibrium Quantum Systems (DRINQS)
ID : D18AC00014
Organisme : U.S. Department of Energy
Organisme : Basic Energy Sciences
ID : DE-SC0019443
Organisme : AFOSR
ID : FA9550-15-1-0478
Organisme : AFOSR
ID : FA9550-16-1-0382
Organisme : Gordon and Betty Moore Foundation
ID : GBMF4533
Organisme : U.S. Department of Energy
ID : DESC0001088
Organisme : Gordon and Betty Moore Foundation's EPiQS Initiative
ID : GBMF4541
Organisme : STC Center for Integrated Quantum Materials
Organisme : National Science Foundation
ID : DMR-1231319
Organisme : Army Research Office
Organisme : MIT Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN)
ID : 023674
Organisme : NSF
ID : DMR-1231319
Informations de copyright
© 2019 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
Références
D. N. Basov, M. M. Fogler, F. J. García de Abajo, Science 2016, 354, aag1992.
T. Low, A. Chaves, J. D. Caldwell, A. Kumar, N. X. Fang, P. Avouris, T. F. Heinz, F. Guinea, L. Martin-Moreno, F. Koppens, Nat. Mater. 2016, 16, 182.
Z. Fei, A. S. Rodin, G. O. Andreev, W. Bao, A. S. McLeod, M. Wagner, L. M. Zhang, Z. Zhao, M. Thiemens, G. Dominguez, M. M. Fogler, A. H. C. Neto, C. N. Lau, F. Keilmann, D. N. Basov, Nature 2012, 487, 82.
G. X. Ni, A. S. McLeod, Z. Sun, L. Wang, L. Xiong, K. W. Post, S. S. Sunku, B. Y. Jiang, J. Hone, C. R. Dean, M. M. Fogler, D. N. Basov, Nature 2018, 557, 530.
T. Taubner, D. Korobkin, Y. Urzhumov, G. Shvets, R. Hillenbrand, Science 2006, 313, 1595.
S. Shen, A. Narayanaswamy, G. Chen, Nano Lett. 2009, 9, 2909.
T. Feurer, N. S. Stoyanov, D. W. Ward, J. C. Vaughan, E. R. Statz, K. A. Nelson, Annu. Rev. Mater. Res. 2007, 37, 317.
P. Li, I. Dolado, F. J. Alfaro-Mozaz, F. Casanova, L. E. Hueso, S. Liu, J. H. Edgar, A. Y. Nikitin, S. Vélez, R. Hillenbrand, Science 2018, 359, 892.
S. Dai, Z. Fei, Q. Ma, A. S. Rodin, M. Wagner, A. S. McLeod, M. K. Liu, W. Gannett, W. Regan, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Thiemens, G. Dominguez, A. H. C. Neto, A. Zettl, F. Keilmann, P. Jarillo-Herrero, M. M. Fogler, D. N. Basov, Science 2014, 343, 1125.
J. D. Caldwell, A. V. Kretinin, Y. Chen, V. Giannini, M. M. Fogler, Y. Francescato, C. T. Ellis, J. G. Tischler, C. R. Woods, A. J. Giles, M. Hong, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. A. Maier, K. S. Novoselov, Nat. Commun. 2014, 5, 5221.
Z. Shi, H. A. Bechtel, S. Berweger, Y. Sun, B. Zeng, C. Jin, H. Chang, M. C. Martin, M. B. Raschke, F. Wang, ACS Photonics 2015, 2, 790.
X. G. Xu, B. G. Ghamsari, J.-H. Jiang, L. Gilburd, G. O. Andreev, C. Zhi, Y. Bando, D. Golberg, P. Berini, G. C. Walker, Nat. Commun. 2014, 5, 4782.
E. Yoxall, M. Schnell, A. Y. Nikitin, O. Txoperena, A. Woessner, M. B. Lundeberg, F. Casanova, L. E. Hueso, F. H. L. Koppens, R. Hillenbrand, Nat. Photonics 2015, 9, 674.
K. H. Michel, B. Verberck, Phys. Rev. B 2011, 83, 115328.
T. Sohier, M. Gibertini, M. Calandra, F. Mauri, N. Marzari, Nano Lett. 2017, 17, 3758.
R. Hillenbrand, T. Taubner, F. Keilmann, Nature 2002, 418, 159.
M. Haraguchi, M. Fukui, S. Muto, Phys. Rev. B 1990, 41, 1254.
T. Dekorsy, V. A. Yakovlev, W. Seidel, M. Helm, F. Keilmann, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 055508.
T. Feurer, J. C. Vaughan, K. A. Nelson, Science 2003, 299, 374.
W. Ma, P. Alonso-González, S. Li, A. Y. Nikitin, J. Yuan, J. Martín-Sánchez, J. Taboada-Gutiérrez, I. Amenabar, P. Li, S. Vélez, C. Tollan, Z. Dai, Y. Zhang, S. Sriram, K. Kalantar-Zadeh, S.-T. Lee, R. Hillenbrand, Q. Bao, Nature 2018, 562, 557.
Z. Zheng, N. Xu, S. L. Oscurato, M. Tamagnone, F. Sun, Y. Jiang, Y. Ke, J. Chen, W. Huang, W. L. Wilson, A. Ambrosio, S. Deng, H. Chen, Sci. Adv. 2019, 5, eaav8690.
S. Dai, Q. Ma, M. K. Liu, T. Andersen, Z. Fei, M. D. Goldflam, M. Wagner, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Thiemens, F. Keilmann, G. C. A. M. Janssen, S. E. Zhu, P. Jarillo-Herrero, M. M. Fogler, D. N. Basov, Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 682.
S. Dai, Q. Ma, T. Andersen, A. S. McLeod, Z. Fei, M. K. Liu, M. Wagner, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Thiemens, F. Keilmann, P. Jarillo-Herrero, M. M. Fogler, D. N. Basov, Nat. Commun. 2015, 6, 6963.
T. G. Folland, A. Fali, S. T. White, J. R. Matson, S. Liu, N. A. Aghamiri, J. H. Edgar, R. F. Haglund, Y. Abate, J. D. Caldwell, Nat. Commun. 2018, 9, 4371.
S. Dai, J. Zhang, Q. Ma, S. Kittiwatanakul, A. McLeod, X. Chen, S. G. Corder, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Lu, Q. Dai, P. Jarillo-Herrero, M. Liu, D. N. Basov, Adv. Mater. 2019, 31, 1900251.
R. Arenal, A. C. Ferrari, S. Reich, L. Wirtz, J. Y. Mevellec, S. Lefrant, A. Rubio, A. Loiseau, Nano Lett. 2006, 6, 1812.
R. V. Gorbachev, I. Riaz, R. R. Nair, R. Jalil, L. Britnell, B. D. Belle, E. W. Hill, K. S. Novoselov, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. K. Geim, P. Blake, Small 2011, 7, 465.
H.-T. Chen, A. J. Taylor, N. Yu, Rep. Prog. Phys. 2016, 79, 076401.
S. M. Kim, A. Hsu, M. H. Park, S. H. Chae, S. J. Yun, J. S. Lee, D.-H. Cho, W. Fang, C. Lee, T. Palacios, M. Dresselhaus, K. K. Kim, Y. H. Lee, J. Kong, Nat. Commun. 2015, 6, 8662.
S. Dai, Q. Ma, Y. Yang, J. Rosenfeld, M. D. Goldflam, A. McLeod, Z. Sun, T. I. Andersen, Z. Fei, M. Liu, Y. Shao, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Thiemens, F. Keilmann, P. Jarillo-Herrero, M. M. Fogler, D. N. Basov, Nano Lett. 2017, 17, 5285.
N. Ocelic, A. Huber, R. Hillenbrand, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 101124.
K. K. Kim, A. Hsu, X. Jia, S. M. Kim, Y. Shi, M. Hofmann, D. Nezich, J. F. Rodriguez-Nieva, M. Dresselhaus, T. Palacios, J. Kong, Nano Lett. 2012, 12, 161.
D. C. Joshua, L. Lindsay, V. Giannini, I. Vurgaftman, L. R. Thomas, A. M. Stefan, J. G. Orest, Nanophotonics 2015, 4, 44.
A. J. Giles, S. Dai, I. Vurgaftman, T. Hoffman, S. Liu, L. Lindsay, C. T. Ellis, N. Assefa, I. Chatzakis, T. L. Reinecke, J. G. Tischler, M. M. Fogler, J. H. Edgar, D. N. Basov, J. D. Caldwell, Nat. Mater. 2017, 17, 134.
J. A. Gerber, S. Berweger, B. T. O'Callahan, M. B. Raschke, Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 055502.
D. Alcaraz Iranzo, S. Nanot, E. J. C. Dias, I. Epstein, C. Peng, D. K. Efetov, M. B. Lundeberg, R. Parret, J. Osmond, J.-Y. Hong, J. Kong, D. R. Englund, N. M. R. Peres, F. H. L. Koppens, Science 2018, 360, 291.
N. Rivera, T. Christensen, P. Narang, Nano Lett. 2019, 19, 2653.
A. Nemilentsau, T. Low, G. Hanson, Phys. Rev. Lett. 2016, 116, 066804.
Z. Liu, L. Ma, G. Shi, W. Zhou, Y. Gong, S. Lei, X. Yang, J. Zhang, J. Yu, K. P. Hackenberg, A. Babakhani, J.-C. Idrobo, R. Vajtai, J. Lou, P. M. Ajayan, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 119.
L. Liu, J. Park, D. A. Siegel, K. F. McCarty, K. W. Clark, W. Deng, L. Basile, J. C. Idrobo, A.-P. Li, G. Gu, Science 2014, 343, 163.
S. R. Sales de Mello, M. E. H. Maia da Costa, C. M. Menezes, C. D. Boeira, F. L. Freire, F. Alvarez, C. A. Figueroa, Sci. Rep. 2017, 7, 3242.
S. Kajita, M. Tohyama, H. Washizu, T. Ohmori, H. Watanabe, S. Shikata, Tribol. Online 2015, 10, 156.
B. Lyu, H. Li, L. Jiang, W. Shan, C. Hu, A. Deng, Z. Ying, L. Wang, Y. Zhang, H. A. Bechtel, M. C. Martin, T. Taniguchi, K. Watanabe, W. Luo, F. Wang, Z. Shi, Nano Lett. 2019, 19, 1982.
S. Dai, M. Tymchenko, Y. Yang, Q. Ma, M. Pita-Vidal, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Jarillo-Herrero, M. M. Fogler, A. Alù, D. N. Basov, Adv. Mater. 2018, 30, 1706358.
P. Li, I. Dolado, F. J. Alfaro-Mozaz, A. Y. Nikitin, F. Casanova, L. E. Hueso, S. Vélez, R. Hillenbrand, Nano Lett. 2017, 17, 228.