双曲超材料(Hyperbolic metamaterials, HMMs)是一种具有双曲等频率表面的工程材料，可以实现一系列有趣的现象和应用，包括负折射、增强传感、亚衍射成像、聚焦和波导。由于其组成材料的固有特性，现有的HMM主要工作在可见光和红外光谱范围内。
近日，特拉华大学Stephanie Law团队提出了使用拓扑绝缘体作为构建块的太赫兹范围狄拉克HMM。研究发现该结构可容纳多达三种高波体积等离子激元(VPP)模式，与传输矩阵模型和有效介质理论计算相一致。VPP的模式指数大于100，明显大于在金属或掺杂半导体制成的HMM中观察到的VPP模式，同时保持相当的质量因子。将这些性质归因于占据拓扑绝缘体表面态的电子的二维狄拉克性质。因为这些是范德华材料，这些结构可以在各种衬底上以晶圆尺度生长，使它们能够与现有的太赫兹结构集成，并实现下一代太赫兹光学器件。研究成果以题为“Terahertz Dirac Hyperbolic Metamaterial”发表于《ACS Photonics》上。
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Zhengtianye Wang, Saadia Nasir, Sathwik Bharadwaj, Yongchen Liu, Sivakumar Vishnuvardhan Mambakkam, Mingyu Yu, and Stephanie Law. Terahertz Dirac Hyperbolic Metamaterial, ACS Photonics Article ASAP.
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01004
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