Acoplamento Terahertz Ultrastrong em uma Heteroestrutura de van der Waals

O campo dos sistemas de fótons-matéria fortemente acoplados visa criar novas fases híbridas que melhoram ou modificam as propriedades do material. Um desafio chave tem sido o desenvolvimento de plataformas versáteis para explorar a eletrodinâmica quântica de cavidade (QED) de materiais quânticos. Aqui, demonstramos e sondamos o acoplamento luz-matéria ultrastrong em materiais de van der Waals com espessura atômica. Desenvolvemos um microscópio de domínio de tempo de banda larga que integra materiais quânticos bidimensionais extrudados e de dois portões com confinamento de fótons subcomprimento de onda em frequências de terahertz. Usando grafeno em bilayer como um sistema modelo, realizamos estudos espectroscópicos em uma ampla gama de frequências e tensões de portão. Pela primeira vez, medimos o intervalo de banda ajustável por campo do grafeno em bilayer em frequências de terahertz, enquanto simultaneamente observamos assinaturas claras de acoplamento ultrastrong, com forças de interação excedendo 40\%. Nosso trabalho preenche a lacuna entre previsões teóricas e implementação experimental da QED em materiais de van der Waals, abrindo caminho para estudos adicionais de fases exóticas e novos estados luz-matéria.