Mid-infrared nanophotonics with hyperbolic phonon polaritons

Abstract

El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es un material especialmente interesante en óptica subdifracional en el infrarrojo medio. h-BN es un cristal polar que exhibe fonón-polaritones en sus dos bandas Reststrahlen en el infrarrojo medio. En estas bandas, debido a su estructura cristalina anisótropa, únicamente una de las componentes del tensor de permitividad (que es uniaxial) posee signo negativo. Como consecuencia, la propagación de luz a en nitruro de boro en forma de fonón-polaritones hiperbólicos. En esta tesis estudiamos dos de las nanoestructuras más fundamentales en fotónica: nanoantenas lineales y cristales polaritónicos. Las nanoantenas lineales pueden ser analizadas como guías de onda polaritónicas truncadas, que son resonantes cuando el modo polaritónico cumple la condición de Fabry-Pèrot. Las nanoantennas de h-BN son analizadas usando esta interpretación. Un cristal polaritónico, de manera análoga a un cristal fotónico, es una nanoestructura periódica que soporta polaritones, en la que el periodo del patrón es similar a la longitud de onda del polaritón. Estudiamos un cristal polaritónico bidimensional fabricado a partir de una capa fina de h-BN, cuyo modo polaritónico más relevante es un fonón-polariton hiperbólico confinado en la capa fina.