Graphene Plasmonics for Terahertz to Mid-Infrared Applications
近年来，由于石墨烯独特的电学和光学性质、可调谐性、长寿命的集体激发和极端的光限制，石墨烯等离子体激元学研究取得了快速的进展。在这里，我们回顾了石墨烯等离激元的基本性质;它们的能量色散，局域化和传播，等离激元-声子杂化，寿命和阻尼途径。石墨烯等离子体的应用空间在于技术上重要的，但相对未开发的太赫兹到中红外区域。我们讨论了新兴的和潜在的应用，如调制器，陷波滤波器，偏振器，中红外光电探测器，中红外振动光谱，等等。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Intrinsic Terahertz Plasmons and Magnetoplasmons in Large Scale Monolayer Graphene
我们发现，在SiC上外延生长的石墨烯中，由于自然的纳米级不均匀性，如衬底梯田和皱纹，Drude吸收被转化为强的太赫兹等离子体峰。等离子体激元的激发极大地改变了磁光响应，特别是法拉第旋转。这使得石墨烯成为等离子体控制磁光现象的独特场所，这要归功于回旋质量比传统等离子体材料（如贵金属）小2个数量级。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Terahertz surface plasmons in optically pumped graphene structures
我们分析了光泵单石墨烯层（SGL）和多石墨烯层（MGL）结构中的表面等离子体激元（SP）。结果表明，在足够强的光泵浦时，SGL和MGL结构的动态电导率的实部在太赫兹（THz）频率范围内由于带间粒子数反转而变为负值，THz SPs的阻尼可以让位于它们的放大。这种效应可用于石墨烯基THz激光器和其他器件。由于相对小的SP群速度，它们的吸收系数（SP增益）的绝对值可以很大，基本上超过具有介电波导的光泵浦结构的吸收系数。对SGL和MGL结构的比较表明，要使SP增益最大化，应适当选择GL层数。
2010-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric plasmon modes and giant terahertz photocurrent in a two-dimensional plasmonic crystal
本文介绍并理论研究了平面非中心对称等离子体晶体中的等离子体光电流效应。等离子体激元光电流直流电流的产生是由于二维电子拖曳的非中心对称的等离子体激元模式下激发的太赫兹辐射的正常入射。我们发现，集体等离子体激元模式的平面等离子体激元晶体成为强烈的非中心对称的弱耦合制度的反交叉。大的等离子体波矢量（其通常比太赫兹光子波矢量大两到三个数量级）以及等离子体共振处的强近场增强使得等离子体拖曳与在常规二维电子系统中观察到的光子拖曳相比具有强得多的效应。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Stimulated emission of plasmon-LO mode in narrow gap HgTe/CdHgTe quantum wells
我们计算了等离子体激元LO模的色散，同时考虑了电子极化率的空间色散。结果表明，在（013）面上生长的6 nm宽的HgTe/CdTe量子阱和5 nm宽的HgTe/Cd_（0.7）Hg_（0.3）Te量子阱中，在GaAs的Reststrahlen带对应的频率范围内，等离子体LO模的受激发射是可能的。由于等离子体激元-LO模式的色散定律的各向异性，[03-1]方向看起来对于产生是最佳的。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Nature of the Terahertz Conductivity Peak in Single-Wall Carbon Nanotubes
等离子体激元共振有望在太赫兹频率范围内发生在金属和掺杂的半导体碳纳米管中，但迄今为止，它的令人信服的鉴定还很难实现。通常观察到的碳纳米管集合体的太赫兹电导率峰的起源仍然存在争议。在这里，我们提出了高度富集的金属和半导体纳米管薄膜的光学，太赫兹和直流传输测量的结果。一个广泛而强大的太赫兹电导率峰出现在这两种类型的薄膜，其行为是一致的等离子体共振的解释，坚定地排除了其他替代解释，如吸收由于曲率引起的差距。
2013-12-14 cond-mat.mes-hall
Stimulated plasmon polariton scattering
二维材料和范德华材料的等离子体激元和声子极化激元最近引起了人们极大的兴趣。不幸的是，他们是出了名的难以观察到的线性响应，因为他们的强限制，低频和纵向模式对称性。在这里，我们提出了一个全新的方法，利用非线性共振散射，我们称之为受激等离子体极化激元散射（SPPS）的光声受激布里渊散射（SBS）的类比。我们表明，SPS允许激发，放大和检测2D等离子体激元和声子极化激元在整个太赫兹范围内，而只需要在近红外或可见光范围内的光学元件。我们提出了一个耦合模理论框架，SPS和基于此发现，SPS的功率增益超过最高的增益在片上SBS中观察到的至少一个数量级。这为二维材料的基础研究开辟了令人兴奋的新可能性，并将有助于缩小光谱学和信息技术中的太赫兹差距。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall
Resonant Terahertz Detection Using Graphene Plasmons
等离子体激元，电子系统的集体振荡，可以有效地耦合光和电流，因此可以用于创建亚波长光电探测器，辐射混合器和片上光谱仪。尽管付出了相当大的努力，但已经证明实现在太赫兹频率下操作的等离子体器件具有挑战性。能够满足这一挑战的材料是石墨烯，因为它支持长寿命的电可调等离子体。在这里，我们展示了等离子体辅助共振检测太赫兹辐射的天线耦合石墨烯晶体管，作为两个等离子体法布里-珀罗腔和整流元件。通过使用栅极电压改变等离子体速度，我们在多个谐振模式之间调谐我们的检测器，并利用此功能来测量双层石墨烯中的等离子体波长和寿命，以及探测其莫尔迷你带中的集体模式。我们的设备为进一步的等离子体研究提供了方便的工具，这些研究在非环境条件下（例如低温和强磁场）通常非常困难，并为各种光子应用提供了可行的途径。
2018-11-27 cond-mat.mes-hall
High-efficiency spontaneous terahertz emission from electrically-excited plasmons in AlGaN/GaN two-dimensional electron gas
太赫兹科学技术的进步还有待于室温下高效率、高功率固态太赫兹光源的突破。二维电子气中的等离子体激元是一种很有前途的太赫兹辐射源有源介质。然而，还没有实现足以用于高功率操作的高壁插效率。在这里，我们报告的自发太赫兹发射可调的频率范围从0.3至2.5太赫兹通过电激发等离子体或等离子体极化激元模式在光栅栅耦合AlGaN/GAN 2DEG在7 K。通过调节光栅栅和2DEG之间的隧穿电子的能量（4.5 eV到0.5 eV），发现了从$10^{-6}$到$10^{-1}$的壁插效率。总发射功率虽然低于15 nW，但已经可以通过使用基于相同类型的2DEG的直接太赫兹场效应晶体管检测器来检测。研究结果表明，适当注入低能量、高电流密度的隧穿电子，可以获得高效率、高功率的太赫兹等离子体激元-极化激元发射。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall
Terahertz tuning of Dirac plasmons in Bi$_2$Se$_3$ Topological Insulator
光可以通过与等离子体激元（出现在金属和半导体中的集体电子模式）的相互作用而被强烈地限制在亚波长空间区域中。这种限制在太赫兹光谱区域中特别重要，它放大了光与物质的相互作用，并为有效地产生非线性光学现象提供了强大的机制。这些效应在狄拉克材料如石墨烯和拓扑绝缘体中特别相关，其中无质量费米子在太赫兹范围内表现出自然的非线性光学行为。到目前为止，我们都是从光的角度考虑强相互作用的情况。在本文中，我们研究的是强相互作用对等离子体激元本身的影响。特别是，我们将表明，狄拉克等离子体在Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体强烈重整化时，激发高强度太赫兹辐射显示一个巨大的红移下降到其特征频率的60%。这为基于拓扑绝缘体的可调谐太赫兹非线性光学器件开辟了道路。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
Efficient terahertz electro-absorption modulation employing graphene plasmonic structures
我们提出并讨论了基于石墨烯等离子体结构的太赫兹电吸收调制器。有源器件由一对自选通的石墨烯层组成，其被图案化为支持THz等离子体共振的结构。这些结构允许有效控制有效THz光学电导率，因此吸收，即使在比石墨烯中的Drude滚降高得多的频率下，其中大多数先前提出的基于石墨烯的装置变得低效。我们的分析表明，基于反射率的器件配置，工程设计，使电场增强的活性石墨烯对，可以实现非常高的调制深度，甚至~ 100%，在任何频率高达几十太赫兹。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall
Twisted bilayer graphene as a terahertz plasmonic crystal
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究最小扭角双层石墨烯作为太赫兹等离子体晶体的特性，通过网络模型计算其能带结构并模拟太赫兹成像实验。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall
Terahertz plasmonic resonances in coplanar graphene nanoribbon structures
本文分析了共面石墨烯纳米带（GNR）结构在外加太赫兹信号下的等离激元振荡并计算了其阻抗，发现较低的GNR间电容可激发长GNR的太赫兹共振，该结构可应用于多种太赫兹器件。
2024-03-10 cond-mat.mes-hall
Inducing an Incipient Terahertz Finite Plasmonic Crystal in Coupled Two Dimensional Plasmonic Cavities
我们测量了太赫兹电磁波照射晶体管时，天线耦合的多栅极GaAs/AlGaAs场效应晶体管的电流传输的变化，并将这种变化归因于二维电子通道中电子的热辐射加热。所观察到的太赫兹吸收光谱表明在相邻偏置器件栅极下激发的等离子体激元之间的相干性。实验结果同意定量与我们开发的理论模型是基于广义等离子体传输线形式主义，并描述了从均匀的晶体极限的电子密度调制增加的等离子体光谱的演变。这些结果表明，电子诱导和动态可调的等离子体能带结构。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Terahertz Nonlinearity in Graphene Plasmons
亚波长石墨烯结构支持太赫兹和中红外光谱范围内的局部等离子体共振。在共振频率处的强场限制被预测为显著增强光-石墨烯相互作用，这可以在原子薄的亚波长器件中实现低强度的非线性光学。到目前为止，石墨烯等离子体激元的非线性响应及其能量损失动力学尚未进行实验研究。我们测量和理论模型的太赫兹非线性响应和能量弛豫动力学的等离子体在石墨烯纳米带。我们采用太赫兹泵浦太赫兹探测技术在等离子体频率和观察等离子体吸收的强饱和，随后由10 ps的弛豫时间。与没有等离子体共振的未图案化的石墨烯相比，观察到的非线性增强了两个数量级。我们进一步提出了一个非线性等离子体吸收的热模型，支持实验结果。
2015-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Tunable Terahertz Detector Based On Self Assembled Plasmonic Structure on a GaAs 2DEG
等离子体探测器有可能提供一种快速光谱学方法，而不需要移动反射镜或光栅。先前的测量已经证明了基于等离子体激元激发的频率可调谐检测，然而这些装置要么是小面积的、偏振依赖的和/或需要电子束光刻。我们表明，大面积高灵敏度太赫兹等离子体探测可以实现使用自组装纳米球光刻。我们实现了覆盖4 mm^2探测器面积的亚微米特征尺寸网格。在等离子体共振的基波，第三和第五谐波的吸收进行了观察。在80 K下的测量显示出25%的大的透射率变化。我们还证实了磁等离子体激元分散这个设备。在本文中，我们将讨论辐射阻尼效应的频率依赖性，影响增强吸收的高次谐波模式相对于基波。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analysis of surface plasmon excitation at terahertz frequencies with highly-doped graphene sheets via attenuated total reflection
数值研究了掺杂石墨烯片在太赫兹频率下的表面等离子体激元激发。为了减轻高度受限的等离子体激元模式与入射辐射之间的动量失配，提出了通过高掺杂水平或使用少层石墨烯来增加石墨烯的表面电导率。对于目前可实现的掺杂水平，我们的分析表明，单层石墨烯上的表面等离子体可以用高折射率耦合棱镜在高达约10 THz（~ 41.3 meV）的工作频率下激发，并且更高的频率/能量对于少层石墨烯是可能的。这些高度受限的表面模式是有前途的传感和波导应用在太赫兹制度。
2013-03-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tight-binding terahertz plasmons in chemical vapor deposited graphene
包括石墨烯和亚波长金属光栅的晶体管结构对于等离子体激元增强的太赫兹检测具有很大的希望。尽管有相当多的理论研究，但到目前为止，在这种结构中几乎没有发现太赫兹等离子体激元的实验证据。在这里，我们报告了在石墨烯绝缘体光栅结构中使用傅里叶变换光谱在5-10太赫兹范围内的等离子体激元的实验研究。即使在具有低载流子迁移率$\sim 10^3$ cm $^2$ /（Vs）的化学气相沉积（CVD）石墨烯中，等离子体共振在Drude吸收背景之上也是清晰可见的。我们认为，等离子体激元寿命是弱敏感的散射晶界和宏观缺陷，限制了CVD样品的流动性。在将光栅放置在石墨烯附近时，等离子体激元场变得紧密地束缚在金属条下方，而谐振频率由条宽度而不是光栅周期确定。我们的研究结果打开了大面积商用石墨烯共振太赫兹探测器的前景。
2018-12-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Plasmonic terahertz detectors based on a high-electron mobility GaAs/AlGaAs heterostructure
为了表征磁场（B）可调谐THz等离子体探测器，在液氦温度和高磁场下对在高电子迁移率GaAs/AlGaAs异质结构上制造的器件进行光谱实验。样品是门控的（曲折形状的门）或非门控的。通过太赫兹辐射产生的光电压的光谱作为在固定的太赫兹激发从太赫兹激光器的B的函数或作为在固定的B与傅立叶光谱仪的太赫兹光子频率的函数而获得。在第一类测量中，激发的磁等离子体激元的波矢由样品的几何特征定义。还发现磁等离子体激元谱依赖于门的几何形状，这给出了一个额外的参数来控制太赫兹探测器中的等离子体激发。傅立叶光谱显示出强烈的依赖性的回旋共振振幅上的传导带的电子填充因子内的电子气加热与太赫兹辐射的模型解释。这项研究允许定义的优点和限制的等离子体激元器件的基础上，高迁移率的GaAs/AlGaAs异质结构的太赫兹探测在低温和高磁场。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing terahertz surface plasmon waves in graphene structures
利用太赫兹近场显微镜研究了外延石墨烯台面和条带的亚波长尺度表面等离子体激发和太赫兹透射特性。太赫兹近场图像显示石墨烯性质在小于波长的尺度上的变化，以及在石墨烯边缘发生的太赫兹表面波的激发，类似于在金属边缘观察到的。在衬底SiC/空气界面处的菲涅耳反射也被发现通过石墨烯带阵列的存在而改变，导致太赫兹波的透射取决于波偏振和带宽度而减少或增强。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall
Surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation in hyperbolic metamaterials
本文从理论和数值上研究了复合双曲超材料与增益分子相互作用的光致伸缩条件和光学动力学特性。结合麦克斯韦-布洛赫方程和格林函数方法，计算了不同增益密度下的激光频率和阈值粒子数反转。我们证明了高水平的增强光子态密度在宽敞的光谱范围内所提供的双曲亚结构。我们发现，在增益层中的分子之间的直接偶极-偶极相互作用的spasing条件的影响可以忽略不计。考虑到这些影响，我们确定了一个参数区域，在该区域中可以发生spasing。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall
Terahertz volume plasmon-polariton modulation in all-dielectric hyperbolic metamaterials
Duke University（杜克大学）；Center for Extreme Materials, Duke University（杜克大学极端材料中心）
本文研究了全介质双曲超材料中通过掺杂和几何参数调控太赫兹高k等离子体极化激元模式的方法与机制。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Detection of terahertz radiation using topological graphene micro-nanoribbon structures with transverse plasmonic resonant cavities
本文提出一种由 GNR 桥接的 GMR 横向叉指阵列太赫兹探测器，利用非线性 GNR 元件整流 THz 信号，并通过横向等离激元共振放大整流电流，显著提升探测器响应。
2024-11-12 cond-mat.mes-hall
Time-resolved Photoluminescence in Terahertz-driven Hybrid Systems of Plasmons and Excitons
超快泵浦-探测技术是理解和操纵材料性质、设计新型量子器件的有力工具。强的单周期太赫兹脉冲可以改变半导体量子点的固有特性，使其具有不同的发光特性。在等离子体激元和激子的混合系统中，两个自由度之间的相干性和耦合性对它们的光学性质起着重要的作用。因此，我们考虑在太赫兹泵浦脉冲耦合到量子点上激子自由度的混合系统中进行太赫兹泵浦光探测实验。混合系统的时间分辨光致发光表明，特征频率的响应根据泵浦脉冲和探测脉冲之间的重叠而发生漂移。此外，在某些参数范围内，太赫兹泵浦脉冲可以诱导激子和等离子体激元之间的共振。我们的研究结果表明，太赫兹驱动的混合系统可以成为一个多功能的工具，操纵材料的性质，并开辟了一条新的路线，设计现代光学器件。
2020-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase- and angle-sensitive terahertz hot-electron bolometric plasmonic detectors based on FETs with graphene channel and composite h-BN/black-P/h-BN gate layer
本文提出基于石墨烯沟道FET和黑磷或复合h-BN/黑磷/h-BN栅层的太赫兹测辐射热矢量探测器，利用源漏相位差调控等离子体共振，实现相位和角度敏感探测。
2023-10-15 cond-mat.mes-hall
Damping of Terahertz Plasmons in Graphene Coupled with Surface Plasmons in Heavily-Doped Substrate
从理论上研究了太赫兹（THz）频率下石墨烯中的等离子体与重掺杂衬底中表面等离子体的耦合。我们发现，巨大的散射率可以完全衰减等离子体激元，因此适当选择材料和几何参数对于抑制耦合效应并获得石墨烯中的最小阻尼率至关重要。即使掺杂浓度为10^{19} - 10^{20} cm^{-3}，石墨烯和衬底之间的介电层厚度为100 nm，这是具有重掺杂衬底的真实石墨烯样品中的典型值，与声学声子限制的阻尼率相比，阻尼率的增加也不可忽略。研究了阻尼率与波数、石墨烯与衬底和栅极与石墨烯间隔的厚度、衬底掺杂浓度和周围材料的介电常数的关系。结果表明，阻尼率可以大大降低的栅极屏蔽，这抑制了石墨烯等离子体激元到衬底中的场扩展。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall
Optical excitation of surface plasmons and terahertz emission from metals
提出了飞秒激光脉冲作用下金属光栅产生太赫兹辐射的微观理论。与以前的模型相比，只考虑金属内部的低频电流，而不考虑电子发射。所提出的模型是基于等离子体增强的热效应，并解释了光到太赫兹转换的谐振特性，给出了充分的估计的完整的信号能量。数值模拟再现了特定的实验特征，如太赫兹响应的延迟特性和当光栅深度太大时的低转换效率。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Excitation, detection, and electrostatic manipulation of terahertz-frequency range plasmons in a two-dimensional electron system
利用自由空间辐射的太赫兹时域光谱技术经常被用来探测低维系统的基元激发。然而，衍射极限阻碍了其用于单个横向限定的纳米结构的平面内研究。在这里，我们展示了一个平面太赫兹频率等离子体电路，其中光电导材料单片集成的二维电子系统。具有宽光谱范围（高达~400 GHz）的等离子体激元通过将由光电导半导体产生和检测的皮秒持续时间脉冲注入到高迁移率二维电子系统中来激发。使用电压调制的肖特基栅极覆盖的二维电子系统，我们形成一个可调的等离子体腔，并观察静电操纵的等离子体共振。我们的技术提供了一个直接的途径来访问皮秒动力学的限制运输在广泛的横向纳米结构。
2015-06-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic field tuning of terahertz Dirac plasmons in graphene
二维系统的边界和边缘降低了其对称性，并且从电荷输运的观点来看，通常被认为是缺陷。在这里，我们提出了第一个研究的石墨烯等离子体激元在强磁场中的行为，提供了一个不同的视角。我们发现，在微米尺寸的石墨烯磁盘在强磁场的等离子体共振分裂成边缘和体等离子体模式具有相反的色散关系，并在太赫兹频率的边缘等离子体发展越来越长的寿命与增加磁场，尽管潜在的更多的缺陷接近石墨烯边缘。这种不直观的行为是由于增加准一维场致约束和由此产生的抑制的背散射。由于石墨烯的线性能带结构，边缘和体模的分裂速率发展出强烈的掺杂依赖性，这与传统的半导体二维电子气（2DEG）系统的行为不同。我们还观察到一个高阶模式的外观，表明非谐约束潜力，即使在这些定义良好的圆盘。我们的工作不仅为研究石墨烯边缘物理开辟了一条途径，而且还支持石墨烯在可调谐太赫兹磁光器件方面的巨大潜力。
2012-04-19 cond-mat.mes-hall
Tunable coupling of terahertz Dirac plasmons and phonons in transition metal dicalchogenide-based van der Waals heterostructures
当材料以所谓的范德华异质结构（vdWh）结合时，石墨烯中的狄拉克等离子体与过渡金属二硫属化物（TMD）的声子杂交，从而形成表面等离子体-声子极化激元（SPPP）。这些模式耦合的程度取决于TMD的组成和结构，但也取决于等离子体激元的性质。通过执行现实的模拟，分别占vdWh的每一层的贡献，我们计算等离子体-声子耦合的强度如何取决于TMD层的数量和组成，石墨烯费米能量和特定的声子模式。由此，我们提出了一个半经典的理论，是能够捕捉所有相关特性的SPPPs。我们发现，通过调节石墨烯的费米能级和改变TMD层数，可以实现强耦合和超强耦合。
2021-08-14 cond-mat.mes-hall
Coherent Absorption Synergizes with Plasmon-Enhanced Graphene Terahertz Photo-thermoelectric Response
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Guangdong Province Key Laboratory of Display Material and Technology, and School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University（中山大学光电材料与技术国家重点实验室、广东省显示材料技术重点实验室、电子与信息学院）
本研究通过结合相干吸收与等离子体增强石墨烯结构，显著提升太赫兹吸收率并实现高响应率的室温光电热电探测技术。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall
Synthesis of highly confined surface plasmon modes with doped graphene sheets in the mid-infrared and terahertz frequencies
我们通过解析计算研究了单层石墨烯片和一对独立的平行石墨烯单层的表面等离子体色散关系。导出了单层情况下色散关系的近似形式，该近似形式具有很高的精度，并直观地反映了支撑等离子体激元模的性质。对于由小间隙分开的平行石墨烯对，表面等离子体激元的色散关系分裂成两个分支，一个分支具有对称的磁场，另一个分支具有穿过间隙的反对称磁场。对于对称（磁场）分支，可以在宽光谱上以减小的吸收损耗来改善约束，这与经受损耗和约束之间的权衡的金属表面上支持的常规SP模式不同。然而，对于非常小的分离，这种对称模式被强烈抑制。另一方面，它的反对称对应物表现出非常小的分离或长波长的吸收损失减少，作为对称分支的补充。我们的研究结果表明，石墨烯等离子体激元结构可能是有前途的波导和传感应用在中红外和太赫兹频率。
2012-03-20 cond-mat.mes-hall
Plasmonic instabilities and terahertz waves amplification in graphene metamaterials
等离子体激元振荡在传统的二维电子气系统中已经被深入研究了40多年，以便在远红外区域找到基于Smith-Purcell效应的真空器件的新替代品。然而，除了多方面的努力，到目前为止，在半导体异质结构中的等离子体激元产生已经非常低效。在这里，我们证明了高迁移率石墨烯超材料的使用，由于其众所周知的更强的光-等离子体耦合相比，半导体材料可以显着提高远红外等离子体放大器和发生器的效率。我们探索电流驱动的等离子体动力学，包括完美的透明度和单层石墨烯结构中的光放大。在宽频率范围内实验观察到石墨烯吸收的电流诱导的完全抑制，随后在室温下对入射的太赫兹辐射进行巨大放大（高达约9%的增益）。这些主动等离子体激元过程由石墨烯器件中相对低的偏置电压触发，导致外部量子效率比主要用于远红外技术的流行的光学到太赫兹转换器件的外部量子效率高约两个数量级。我们的研究结果与石墨烯中等离子体激元的相对低水平的损耗和高度的空间限制相结合，将为广泛的集成高速有源光电子器件开辟途径。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
On-chip transfer of ultrashort graphene plasmon wavepackets using terahertz electronics
本文提出通过欧姆接触注入电脉冲在片上电学产生、操控和读出太赫兹石墨烯等离激元波包，实现1.2 ps脉宽、极端三维空间束缚及约30%转换效率，为范德瓦尔斯异质结构中的片上等离激元信号处理提供新平台。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manifestation of kinetic-inductance in spectrally-narrow terahertz plasmon resonances in thin-film Cd3As2
三维（3D）半金属已被预测和证明有各种各样的有趣的性质与其线性能量色散。类似于二维（2D）狄拉克半金属，例如石墨烯，3D半金属Cd 3As 2已经显示出超高的迁移率、大的费米速度，并且已经被假设为支持太赫兹频率下的等离子体。在这项工作中，我们展示了高品质的大面积Cd 3As 2薄膜的合成，通过热蒸发以及实验实现的等离子体结构组成的周期性阵列的Cd 3As 2条纹。这些阵列在太赫兹频率下表现出尖锐的谐振，相关的质量因子（Q）高达~ 3.7。这种光谱窄的共振可以理解的基础上，一个大的动力学电感，从一个长的动量散射时间，这在我们的薄膜可以在室温下接近~1 ps。此外，我们展示了一个超快的可调响应，通过光泵/太赫兹探测实验中的光诱导载流子的激发。我们的研究结果表明，Cd 3As 2的固有3D性质为太赫兹等离子体应用提供了一个非常强大的平台。总的来说，我们的观察为基于Cd 3As 2和其他3D Dirac半金属的无数太赫兹（光）电子器件的开发铺平了道路，受益于太赫兹辐射的强耦合，超快瞬态响应，磁等离子体特性等。此外，Cd 3As 2中的长动量散射时间，因此大的动力学电感，也具有巨大的潜力，重新设计的无源元件，如电感器，因此可以有深远的影响，在该领域的RF集成电路。
2018-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid Metal-Graphene Plasmons for Tunable Terahertz Technology
在其许多突出的特性中，石墨烯支持太赫兹表面等离子体波-与紧密定位在表面附近的电磁场连接的亚波长电荷密度振荡[1，2]。当这些波被限制在有限尺寸的石墨烯时，等离子体共振出现，其特征在于在石墨烯的相对边缘处交替电荷积累。这种结构的谐振频率取决于尺寸和表面电荷密度，并且可以通过施加栅极电压在整个太赫兹范围内进行电调谐[3，4]。然而，可调谐石墨烯THz等离子体激元的前景尚未实现，因为大多数提出的包括检测器、滤波器和调制器的光电子器件[5-10]期望吸收或透射的接近全部调制，并且需要与石墨烯的电接触-使用现有等离子体激元结构难以满足的约束。我们在这里报告了一类新的等离子体共振，发生在混合石墨烯-金属结构。亚波长金属触点形成用于积累电荷的电容网格，而窄交错石墨烯通道（至第一阶）用作可调谐电感介质，从而形成与入射太赫兹波谐振匹配的结构。我们通过实验证明了在现成的大面积石墨烯中接近理论最大值的共振吸收，这是太赫兹探测器和可调谐吸收器的理想选择。我们进一步预测，使用高迁移率石墨烯将允许谐振THz透射率接近100%，实现可调谐THz滤波器或调制器。该结构与入射的THz辐射强耦合，并且解决了如何将可调谐等离子体通道并入具有电接触的设备中的基本问题。
2015-07-10 cond-mat.mes-hall
Rectification and bolometric terahertz radiation detectors based on perforated graphene structures exhibiting plasmonic resonant response
提出基于穿孔石墨烯层的太赫兹探测器，利用整流和热载流子测热机制及等离激元振荡增强，在室温下实现高响应率和探测率。
2025-06-18 cond-mat.mes-hall
Finite-momentum Cooper plasmons in superconducting terahertz microcavities
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Center for Free-Electron Laser Science (CFEL)（自由电子激光科学中心）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）；Department of Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）
研究在超导太赫兹微腔中发现有限动量的超导等离子体，通过实验和理论展示其共振特性及对载流子密度和耗散的报告能力。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Efficient terahertz emission from InAs nanowires
我们观察到强烈的脉冲的远红外电磁辐射发出的阵列的InAs纳米线。这些结构的THz辐射功率效率比平面InAs衬底高约15倍。这是解释的优先取向的相干等离子体运动的导线表面，克服了辐射捕获的全内反射。我们提出的证据表明，这种辐射源于低能量的声学表面等离子体模式的纳米线。这是支持独立测量的电子输运个别纳米线，超快太赫兹光谱和理论分析。我们的综合实验和分析进一步表明，这些等离子体激元模式是特定的高纵横比的几何形状。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental Effects on the Terahertz Surface Plasmons in Epitaxial Graphene
在本文中，我们预测的低频非局域等离子体激元激发的存在下，在真空表面界面的超晶格的$N$石墨烯层与厚的导电基板相互作用。这与允许层间跳跃的石墨不同。导出的色散函数，它结合了石墨烯单层（MLG）的极化函数和半无限电子液体的表面处的电子镜面散射的色散函数。我们发现，这种表面等离子体极化激元是不阻尼的粒子-空穴激发（PHE的）或散装模式和分离以下的连续迷你带散装等离子体模式。对于具有表面等离子体激元频率$ω_s=ω_p/\sqrt{2}$的导电衬底，混合结构的表面等离子体激元频率始终低于$ω_s$。这种模式的强度取决于石墨烯层与导体表面的距离、MLG的价带和导带之间的能带隙，最重要的是，取决于二维（2D）层的数量。此外，对于足够大数量（$N\stackrel{>}{\sim} 7$）的层，混合结构不具有表面等离子体。两种色散关系不同的等离子体激元的存在表明，具有不同群速度的准粒子可以共存于不同的波长范围内，这取决于超晶格中的层数。
2015-08-08 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic terahertz detection in gated graphene p-i-n field-effect structures enabled by the Zener-Klein tunneling nonlinearity
提出并分析了基于栅控石墨烯p-i-n（GPIN）场效应晶体管（FET）结构的太赫兹（THz）探测器。栅极之间的反向偏置i区起到电子和空穴注入器的作用，由于Zener-Klein隧穿而表现出非线性$I-V$特性。该区域能够实现THz信号整流，这提供了它们的检测。门控区作为电子和空穴库和太赫兹共振等离子体腔。电子和空穴等离子体激元振荡的共振激发导致在接近等离子体频率及其谐波的信号频率处THz检测器响应度的大幅增加。由于与渡越时间效应相关联的i区AC电导频率依赖性的特性，对应于较高等离子体激元模式的激发的频率处的GPIN-FET响应可以比基模更强。GPIN-FET在室温下可以表现出相当高的响应度。降低后者可以导致其进一步增强由于削弱的载流子动量弛豫。
2022-09-11 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic terahertz detection in vertical graphene-base hot-electron transistors
我们分析了垂直石墨烯基热电子晶体管（GB-HHT）的动态特性，并考虑使用开发的器件模型作为太赫兹（THz）辐射的探测器。GB-HET模型考虑了从发射极的隧穿电子注入、穿过势垒层的电子传播以及部分捕获到GB中、GB中的电势和空穴密度的自洽振荡（等离子体振荡）、以及量子电容和电子渡越时间效应。使用所提出的器件模型，我们计算的响应度的GB-Hysteresis操作太赫兹探测器作为信号频率的函数，施加的偏置电压，和结构参数。等离子体激元效应的包含导致HET-GBT在显著超过由特征RC时间限制的频率下操作的可能性。据发现，具有足够完美的GB的GB-Hulf的响应度在与等离子体振荡的激发相关联的太赫兹频率范围内表现出尖锐的共振最大值。这些最大值的位置由所施加的偏置电压控制。GB-Hulf可以与其他等离子体太赫兹探测器竞争，甚至超过其他探测器。
2015-09-11 cond-mat.mes-hall
Effect of electron thermal conductivity on resonant plasmonic detection in the metal/black-AsP/graphene FET terahertz hot-electron bolometers
研究太赫兹辐射下石墨烯沟道场效应晶体管中二维电子气加热，发现横向热导率显著影响谐振等离激元探测响应度，需在优化探测器时考虑。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall
Terahertz quantum cascade lasers with thin resonant-phonon depopulation active regions and surface-plasmon waveguides
我们报道了三阱，共振声子减少太赫兹量子级联激光器与半绝缘表面等离子体波导和减少有源区（AR）的厚度。比较了厚度为10、7.5、6和5 μm的器件的阈值电流密度、最高工作温度、输出功率和AR温度。较薄的AR对外延生长的技术要求较低，并且导致器件的电加热减少。然而，发现7.5 μ m厚的器件在阈值处提供最低的电功率密度，因为它们代表了低电阻和低阈值增益之间的最佳权衡。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Two-dimensional plasmons in lateral carbon nanotube network structures and their effect on the terahertz radiation detection
我们考虑的载流子输运和等离子体激元现象的横向碳纳米管（CNT）网络形成的设备通道与非对称电极。一个电极是到CNT网络的欧姆接触，另一个接触是肖特基接触。这些结构可以作为太赫兹（THz）辐射的探测器。我们开发的横向碳纳米管网络，其中包括随机取向的半导体碳纳米管（s-CNTs）和准金属碳纳米管（m-CNTs）的混合物的响应的设备模型。该模型包括二维等离子体激元的概念，在相对密集的网络随机取向的碳纳米管（CNT“毡”），并预测检测器的响应光谱特性。检测机制是由于肖特基接触电流-电压特性的非线性在与等离子体激元激发相关联的该接触处的电位降的强烈增强的条件下的AC电流的整流。我们表明，通过输入太赫兹辐射的二维等离子体激元的激发，探测器响应度可以在与等离子体激元共振相对应的信号频率处引起探测器响应度的尖锐共振峰。检测器响应度取决于s-和m-CNT的分数。燃烧的近接触区域的m-CNTs或破坏这些CNT导致显着增加的响应度与我们的实验数据一致。具有足够密集的横向CNT网络的共振THz探测器可以在室温下使用等离子体效应竞争并超过其他THz探测器。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic terahertz detection in graphene split-gate field-effect transistors with lateral p-n junctions
我们评估了基于场效应晶体管（FET）的谐振太赫兹（THz）探测器，所述场效应晶体管（FET）具有分裂栅极、电诱导横向pn结、均匀石墨烯层（GL）或穿孔（在pn结耗尽区）石墨烯层（PGL）沟道。穿孔耗尽区形成纳米结构或纳米带的阵列，从而为空穴和电子创建势垒。GL-FET和PGL-FET检测器的操作与通过沟道的p和n部分中的束缚等离子体激元振荡的激发而增强的横向pn结两端的ac电流的整流相关联。使用开发的器件模型，我们发现GL-FET和PGL-FET探测器的特性。这些探测器可以在接近等离子体共振频率的THz辐射频率处表现出非常高的电压响应度。这些频率可以有效地进行电压调谐。我们表明，在PL-FET探测器的电流整流的主导机制是由于隧穿非线性，而在PGL-FET探测器的电流整流主要是与电子过程。由于PGL-FET检测器中的pn结电导低得多，它们的谐振响应可以比对应于相当高的检测器响应度的GL-FET检测器中显著得多。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall
Multiphoton cross sections of conductive electrons stimulated bremsstrahlung in doped bilayer graphene
建立了在相干电磁辐射作用下，掺杂双层石墨烯中杂质离子任意静电势上载流子多光子受激韧致辐射的量子理论。精确地考虑了太赫兹波场，而掺杂离子的静电势作为微扰。双层石墨烯对泵浦波的基本非线性响应和与单层石墨烯的情况的显著差异被示出，这可以与非线性抛物色散相关联。后者开辟了利用太赫兹或近红外相干辐射场调控双层石墨烯导电电子输运性质的新途径。
2019-07-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-biased Reconfigurable Graphene Stacks for Terahertz Plasmonics
石墨烯的栅极可控复合导电性为太赫兹和中红外频率的可重构等离子体提供了前所未有的机会。然而，对靠近石墨烯的门控电极和该方法为石墨烯导电性提供的单个“控制旋钮”的要求限制了石墨烯可控等离子体器件的实际实现和性能。在此，我们报告了由两个或多个石墨烯单层组成的石墨烯堆叠，这些石墨烯单层被电薄层隔开，并为它们的表征提供了一个简单而严格的理论框架。在第一实施方式中，两个石墨烯层彼此选通，从而表现为可控的单个等效层，但没有任何附加的选通结构。其次，我们表明，添加额外的栅极-第三个石墨烯层或外部栅极-允许独立控制堆栈内的每一层的复电导率，因此提供了对堆栈等效复电导率的增强控制。所提出的概念首先进行理论研究，然后通过实验证明，允许提取的参数的每一层独立和任意预掺杂的详细程序。这些结果被认为有助于开发具有增强性能和重新配置能力的太赫兹和中红外等离子体激元设备。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall
Quasiclassical nonlinear plasmon resonance in graphene
石墨烯中的电子表现得像相对论性狄拉克粒子，可以以等离子体激元-极化激元的形式将光速降低两个数量级。在这里，我们将展示这些属性如何导致一个特殊的非线性等离子体激元响应的准经典制度的太赫兹频率。一方面，我们展示了相对论性克莱因隧穿效应是如何抑制带间等离子体阻尼的。另一方面，我们证明了当等离子体速度接近与电子费米速度共振时，非线性带内响应的巨大增强。这种对等离子体强度的极端敏感性可以用于新的太赫兹技术。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz topological plasmon polaritons for robust temperature sensing
首次从理论上研究了拓扑等离子体激元在温度传感中的应用。基于Su-Schrieffer-Heeger模型中拓扑边缘态的类比，在一维本征锑化铟（InSb）微球链中实现了TPP.通过分析光子能带结构的拓扑结构和本征模分布，证明了TPP的存在。通过利用InSb在太赫兹范围内的介电常数的温度依赖性，TPPs的谐振频率可以在很大程度上由温度调谐。此外，它示出的TPP谐振频率的温度灵敏度可以高达$0.0264~\mathrm{THz/K}$在室温下，导致超过150的品质因数。通过计算链附近的LDOS，我们进一步证明了TPPs的温度敏感性是通过近场探测技术实验检测。这种灵敏度是稳健的，因为TPP是高度保护的模式，对无序免疫，并且可以实现对辐射的强限制。我们设想这些TPPs可以用作有前途的候选人，用于强大和增强的温度传感。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Antiferromagnetism-altered plasmon dynamics
Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究构建二维材料基混合等离激元-磁振子平台，借助s-SNOM观测到等离激元与反铁磁有序的耦合，为相关器件开发奠定基础。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Terahertz nanospectroscopy of plasmon polaritons for the evaluation of doping in quantum devices
该研究利用太赫兹散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）探测量子器件中的纳米尺度等离极化激元，通过矢量校准的多层提取程序定量分析掺杂层的厚度与复介电常数，并证明刻蚀该层可提升超导谐振器的质量因子，为量子器件表面介电特性提供了有效的诊断工具。
2023-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced Terahertz Photoresponse via Acoustic Plasmon Cavity Resonances in Scalable Graphene
Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）
研究通过石墨烯中的声子等离子体腔共振增强太赫兹光电响应，利用天线耦合装置实现对太赫兹场的精确控制和纳米级限制，展示出高效的光电热电信号。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Singularity-enhanced terahertz detection in high-mobility field-effect transistors
基于高电子迁移率晶体管的高频辐射检测器受益于低噪声、室温操作以及使用栅极可调谐等离子体共振执行辐射光谱的可能性。尽管成功的概念验证演示，基于晶体管的太赫兹辐射探测器的响应度，目前，仍然相当差。为了解决这个问题，我们提出了一类支持奇异等离子体模式的器件，即在敏锐电极附近具有强电场的模式。大的等离子体激元增强的电场导致放大的非线性，并因此导致高效的AC到DC转换。我们分析了亚太赫兹探测器的基础上的二维电子系统（2DES）的Corbino几何作为一个原型和精确可解的模型，并表明响应率的尺度为$1/r_0^{2}$与半径的内接触$r_0$。这使得响应度超过10千伏/瓦，在亚太赫兹频率的纳米级接触很容易通过现代纳米纤维技术。
2020-05-10 cond-mat.mes-hall
