Shaping terahertz waves using anisotropic shear modes in a van der Waals mineral

Autor(es)

Kawahala, Nicolas M. ; Matos, Daniel A. ; de Oliveira, Raphaela ; Longuinhos, Raphael ; Ribeiro-Soares, Jenaina ; Barcelos, Ingrid D. ; Hernandez, Felix G. G.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: NPJ 2D MATERIALS AND APPLICATIONS; v. 9, n. 1, p. 7-pg., 2025-02-19.

Resumo

The interlayer interactions in van der Waals (vdW) materials are imprinted in their low-frequency rigid-layer phonon spectra. Investigating the symmetries of these phonon modes offers a pathway to generate optical anisotropy in the terahertz range. Here, we employ polarization-sensitive terahertz time-domain spectroscopy to study a sample of clinochlore, a naturally abundant, large bandgap vdW mineral. Our measurements revealed a pronounced anisotropic feature in the complex refractive index spectrum near 1.13 THz, consistent with shear modes predicted by our density-functional perturbation theory that accounts for impurities in the mineral. Polarimetry analysis revealed that this shear phonon anisotropy reshapes the polarization state of transmitted terahertz waves, inducing both Faraday rotation and ellipticity. Furthermore, we applied Jones formalism to interpret the phononic symmetries and describe our observations in terms of its polarization eigenstates. These results highlight the potential of exploring vdW minerals as central building blocks for vdW heterostructures with compelling technological applications. (AU)

• Processo FAPESP: 19/14017-9 - De ondas de éxcitons a THz-fônons: a nano-óptica de materiais 2Ds via nanoespectroscopia de infravermelho síncrotron
• Beneficiário: Raul de Oliveira Freitas
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 21/12470-8 - Pesquisa em materiais quânticos envolvendo campos magnéticos intensos e baixas temperaturas
• Beneficiário: Gennady Gusev
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/04245-0 - Fônons de terahertz em materiais quânticos
• Beneficiário: Felix Guillermo Gonzalez Hernandez
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 23/11158-6 - Espectroscopia de terahertz no domínio do tempo em materiais quânticos
• Beneficiário: Nícolas Massarico Kawahala
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 22/02901-4 - Nano-óptica de poláritons em cristais bidimensionais e na interface metal/dielétrico no infravermelho médio-distante
• Beneficiário: Francisco Carlos Barbosa Maia
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial