OE1022鎖相放大器在二維扭曲異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的工程剪切極化子實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

圖1.(a)紅外散射型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡測(cè)量扭曲雙層α-MoO₃ 中的工程HShPs 示意圖
(b)θ值的增加會(huì)使 HShPs 的等頻等值線（IFCs）從雙曲線（黃色）轉(zhuǎn)變?yōu)楣軤睿ㄋ{(lán)色）
(c)在固定θ = 60°和d₂ = 170 nm的情況下，頂層厚度可用于控制IFC的形狀
(d、e)透射矩陣法得到的反射系數(shù)（Im(rpp)）和有限差分時(shí)域（FDTD）模擬得到的實(shí)空間場(chǎng)分布（Re(EZ)）

【測(cè)量系統(tǒng)搭建】
具體實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)如圖2(a)所示，其中由Keithley 2450源表施加背柵電壓V_BG，用于調(diào)制石墨烯載流子濃度進(jìn)而改變石墨烯電阻與費(fèi)米能級(jí)（E_F對(duì)載流子濃度變化極為敏感），從而動(dòng)態(tài)改變HShPs傳播方向，并誘導(dǎo)拓?fù)滢D(zhuǎn)變（如圖2(b)所示，雙曲→橢圓色散）；由賽恩科儀OE1022鎖相放大器實(shí)時(shí)、精確監(jiān)測(cè)石墨烯電阻R，記錄R-V_BG曲線，結(jié)合霍爾效應(yīng)模型計(jì)算E_F。最終關(guān)聯(lián)OE1022輸出數(shù)據(jù)與s-SNOM近成像結(jié)果，建立E_F-HShPs動(dòng)態(tài)調(diào)控模型。
 

圖2.(a)扭曲雙層α-MoO₃/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖；Ein 和 Eout分別表示入射和散射電場(chǎng)；
V_DS：漏極-源極電壓；V_BG：背柵電壓（調(diào)控石墨烯電阻）
（b）不同費(fèi)米能級(jí)E_F下HShPs的計(jì)算顯示，柵極調(diào)整可用于改變HShPs的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和方向，
雙曲（黃色）過渡到橢圓（藍(lán)色）
(r)E_F越負(fù)，剪切因子越大，這表明柵極調(diào)諧誘導(dǎo)HShPs 的不對(duì)稱性增強(qiáng)
(c)-(q)不同E_F下的HShPs實(shí)驗(yàn)近場(chǎng)圖像，以及其傅里葉光譜

【總結(jié)】
通過二維材料扭轉(zhuǎn)和異質(zhì)結(jié)集成，本實(shí)驗(yàn)首次在非單斜晶系材料中實(shí)現(xiàn)HShPs的可控激發(fā)與動(dòng)態(tài)重構(gòu)，突破了傳統(tǒng)體材料的局限性。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了HShPs的多維調(diào)控（靜態(tài)+動(dòng)態(tài)），為片上極化激元器件（如光學(xué)開關(guān)、調(diào)制器）和亞衍射成像提供了新思路。

【參考文獻(xiàn)】
✽Engineering shear polaritons in 2D twisted heterostructures. | Nature Communications