极性晶体上可切换介电薄膜中的类表面极化子s偏振波导模式

摘要： 表面声子极化激元（SPhPs）和表面等离极化激元（SPPs）是负介电常数介质支持的倏逝波模式，构成了纳米光子学的基本单元。这些模式在场增强和空间限制方面具有无与伦比的优势，并可通过相变材料实现动态全光调控。然而平面结构中表面极化激元的激发本质上仅限于p偏振光。相比之下，高介电常数薄膜中的波导模式能与p偏振和s偏振光耦合，且在薄膜中其限制效应可与表面极化激元相当。本文证明薄锗锑碲（Ge3Sb2Te6，GST）薄膜中的s偏振波导模式具有与碳化硅（SiC）衬底SPhP模式相似的色散特性、限制效应和电场增强效果，同时扩展了允许的频率范围。实验进一步表明，通过切换GST薄膜状态可实现SPhP和波导模式色散的非易失性调控。我们建立了描述GST/SiC波导模式的解析模型，并证明该概念适用于整个红外波段多种极性晶体。因此，作为对偏振受限表面极化激元的补充，s偏振波导模式为纳米光子学应用提供了极具前景的新型构建单元。