Lead nanoparticles, the deep-ultraviolet to near-infrared plasmonic platform
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Central European Institute of Technology（中欧技术研究所）
研究铅纳米颗粒在等离子体应用中的性能，通过扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱评估其光学性质，发现其支持从近红外到深紫外的局域表面等离子体共振，具有作为多光谱等离子体平台的潜力。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Activation of Germanium Plasmonic Antennas in the Mid Infrared
飞秒近红外脉冲带间激发在硅衬底上制造的本征锗结构中建立了等离子体响应。这种直接的方法激活了Ge结构的等离子体共振，并使它们能够用作中红外光谱范围的光学天线。光开关持续数百皮秒，直到电荷复合使等离子体频率红移。的结构的全部行为建模的电动力学响应所建立的电子空穴等离子体在一个规则的天线阵列。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Infrared Topological Plasmons in Graphene
我们提出了一个二维等离子体平台-周期性图案化的单层石墨烯-它拥有可操作到红外频率的拓扑单向边缘状态。我们分类下的时间反演对称性破缺的静态磁场诱导的等离子体系统的能带拓扑结构。在有限的掺杂，该系统支持拓扑非平凡的带隙与中间的间隙频率高达数十太赫兹。通过体积边缘对应，这些带隙主机拓扑保护的单向边缘等离子体激元，这是免疫的背散射从结构缺陷和只受本征材料和辐射损失。我们的研究结果揭示了一个有前途的方法，工程拓扑鲁棒的手性等离子体器件，并展示了一个现实的例子，高频拓扑边缘状态。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall
Mid-infrared Active Graphene Nanoribbon Plasmonic Waveguide Devices
掺杂石墨烯由于其多功能的外部控制功能以及其高度压缩的石墨烯表面等离子体（GSP）波长而成为中红外波长的活性等离子体材料的强有力竞争者。在本文中，我们设计了基于电压门控非均匀介质层上掺杂石墨烯纳米带（GNRs）的电调制的有源等离子体波导器件。我们首先开发了品质因数（FoM）公式来表征无源和有源石墨烯纳米波导的性能。基于FoM，我们选择最佳GNR来构建等离子体快门，其由放置在由Si纳米柱支撑的非均匀SiO $_2$衬底上的GNR组成。模拟研究表明，对于一个简单的50 nm长的等离子体快门，调制对比度可以超过30 dB。等离子体快门被进一步扩展以构建4端口有源功率分配器和8端口有源网络，两者都基于GNR交叉结波导。对于有源功率分配器，每个波导臂处的GSP功率传输可以由所施加的栅极电压独立地控制，具有高调制对比度和几乎相等的功率分配比例。从8端口有源网络的构造中，我们看到可以将GNR交叉结波导放大为大型复杂的有源波导网络，在中红外石墨烯等离子体集成纳米电路的令人兴奋的新领域中显示出巨大的潜力。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Active plasmonic switching at mid-infrared wavelengths with graphene ribbon arrays
通过理论和数值计算，研究了一种基于单层和少层掺杂石墨烯带阵列的中红外有源等离子体开关。结果表明，显着的谐振波长偏移和调制深度可以实现与石墨烯带的掺杂浓度的轻微变化。少层石墨烯带阵列器件在可实现的调制深度方面优于单层器件。我们的模拟表明，通过在0.2 eV和0.25 eV之间调制费米能级，四层石墨烯带阵列器件可以分别实现~13 dB和0.94微米的调制深度和谐振波长偏移，而单层器件的调制深度和谐振波长偏移分别为~2.8 dB和1.85微米。此外，简单的拟合模型来预测调制深度和谐振波长的偏移。这些前景为用于红外和THz应用的超快活性石墨烯基等离子体器件铺平了道路。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Scalable near-infrared graphene plasmonic resonators exhibiting strong non-local and electron quantization effects
石墨烯等离子体共振器由于其电可调谐性和大的限制因子而在太赫兹和中红外范围内得到了广泛的研究，这可以显著增强光-物质耦合。在这项工作中，我们证明了石墨烯等离子体激元的特征标度律在较小（< 40 nm）的等离子体激元波长下发生变化，将石墨烯等离子体激元谐振器的工作频率扩展到近红外（NIR）并修改其光学限制特性。我们利用一种新的自下而上的嵌段共聚物光刻方法，大大提高了自上而下的方法，以创建窄至12纳米以上的厘米级区域的谐振器。对这些结构的测量表明，它们的等离子体共振受到非局域和量子效应的强烈影响，这将它们的共振频率推到近红外（2.2 μ m），几乎是之前实验工作频率的两倍。这些谐振器的限制因子，同时，达到137 +/- 25，其中最大的文献报道的光学腔。虽然我们的研究结果表明，一些“禁戒”跃迁的增强是一个数量级弱于预测，结合近红外响应和这些结构的大限制，使他们成为一个有吸引力的平台，探索超强增强自发发射。
2020-05-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fizeau Drag in Graphene Plasmonics
光被移动的物体拖曳的现象由菲涅耳预言，并由斐索著名的流水实验证实。这一重大发现是爱因斯坦狭义相对论的实验基石之一，在相对论运动学的背景下得到了很好的理解。相比之下，固体中电子流拖动光子的实验充满了不一致性，迄今为止还没有与理论达成一致。在这里，我们报告的电子流拖动表面等离子体激元（SPPs）：混合准粒子的红外光子和电子在石墨烯。在高密度电流的存在下，通过传播等离子体波的红外纳米成像直接可视化阻力。石墨烯中的极化激元在发射到漂移载流子上时缩短了它们的波长。与光的斐索效应不同，电流对SPP的拖曳违反了简单的运动学解释，并与石墨烯中狄拉克电子的非线性电动力学有关。所观察到的等离子体Fizeau阻力能够在红外频率下打破时间反演对称性和互易性，而无需求助于磁场或手性光泵浦。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall
Hyper-doped silicon nanoantennas and metasurfaces for tunable infrared plasmonics
我们提出了实验实现的有序阵列的超掺杂硅纳米盘，表现出局部表面等离子体共振。通过在10 $^{20}$和10 $^{21}$ cm $^{-3}$之间调节自由载流子浓度，等离子体激元在2和5 $μ$ m之间的光谱窗口中是可广泛调谐的。我们发现，强红外线吸收可以实现与全硅等离子体超颖表面采用纳米结构的尺寸低至100 nm的直径和23 nm的高度。我们的数值模拟显示出与实验数据的良好一致性，并提供了关于纳米结构形状以及近场效应对超颖表面光学特性的影响的物理见解。我们的研究结果为集成全硅等离子体器件开辟了非常有前途的前景，例如用于化学或生物传感或热成像。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fractal-like plasmonic self-similar material with a tailorable plasma frequency in the near-infrared
在这项工作中，我们表明，调制的分形维数的纳米多孔金允许其有效的介电响应在很宽的光谱范围内的红外波长进行定制。特别地，等离子体边缘和有效等离子体频率线性地依赖于分形维数，这可以通过改变孔隙和韧带尺寸来控制。重要的是，分形多孔金属表现出优越的等离子体特性相比，其散装对应物。这些特性与大约100-200 nm的较长趋肤深度相结合，使得光能能够深入渗透到可以加载分子的纳米孔中，从而实现更有效的光-物质耦合。这些发现可能会开辟新的途径，工程的分形或自相似的超材料的光学响应，而不需要复杂的光刻图案。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Hybrid graphene plasmonic waveguide modulators
石墨烯独特的光学和电子性质使人们能够实现有源光学器件。虽然已经证明了几种类型的基于石墨烯的光子调制器，但将石墨烯的多功能性与等离子体/金属结构的亚波长场限制相结合的潜力尚未完全实现。在这里，我们报告的混合石墨烯等离子体调制器的制造和研究。我们考虑了几种类型的调制器，并确定了最有前途的光调制在电信和近红外。我们的概念验证结果为在芯片上实现用于光通信的高效石墨烯基有源等离子体波导器件铺平了道路。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall
Controlling Sub-nm Gaps in Plasmonic Dimers using Graphene
石墨烯被用作金纳米颗粒和金衬底之间最薄的间隔物。这为大规模等离子体激元场增强创建了鲁棒的、可重复的和稳定的亚纳米间隙。单个80 nm金纳米颗粒的白光光谱揭示了颗粒与其在金基底内的图像之间的等离子体耦合。而对于单个石墨烯层，观察到来自耦合二聚体模式的光谱双峰移动到近红外，这些随着层数的增加而消失。这些双峰来自等离子体电荷转移，允许直接光学测量这种分层系统中的面外电导率。因此，对石墨烯进行门控可以直接产生等离子体激元调谐。
2013-05-23 cond-mat.mes-hall
Plasmonic-based gas sensing with graphene nanoribbons
利用等离子体激元进行气体振动模式传感的主要挑战是气体物质的极弱红外吸收。在这项工作中，我们探讨了通过表面吸附，光学，或静电场捕获自由气体分子，以增强气体等离子体相互作用，提高等离子体传感能力的可能性。我们讨论了这些捕获力的相对强度，并发现在典型的纳米阵列等离子体设置中的气体吸附对于约千分之几水平的气体浓度产生0.1%量级的光学消光的可测量的下降。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall
Surface Enhanced Infrared Absorption mechanism and modification of the plasmonic response
本研究采用离散偶极近似数值探究SEIRA系统类法诺响应的起源，发现吸收截面变化源于等离激元共振改变而非直接分子响应，揭示灵敏度与分子对等离激元共振的影响相关。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene plasmonics: Physics and potential applications
石墨烯中的等离子体激元具有许多独特的性质。它起源于无质量狄拉克费米子的集体运动，其载流子密度依赖性与传统等离子体激元截然不同。此外，石墨烯等离子体激元是高度可调谐的，并显示出强大的能量约束能力。最有趣的是，作为一个原子薄层，石墨烯及其等离子体对周围环境非常敏感。石墨烯等离子体激元强烈耦合到衬底的极性声子、吸附物的分子振动和其他原子薄层的晶格振动。在这篇综述文章中，我们将介绍在石墨烯等离子体领域的最重要的进展。内容包括太赫兹等离子体激元、中红外等离子体激元、等离子体激元-声子相互作用和潜在应用。石墨烯等离子体为可重构超材料和超表面开辟了一条道路。它是纳米光子学和等离子体学研究领域中一个令人兴奋和有前途的新课题。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall
Mid-Infrared Plasmonic Platform based on Heavily Doped Epitaxial Ge-on-Si: Retrieving the Optical Constants of Thin Ge Epilayers
n型Ge-on-Si外延材料平台为中红外等离子体提供了一种新的范例，促进了芯片实验室和亚波长振动光谱传感器的未来发展。为了开发这种材料，通过适当的电动设计，它是强制性的检索与高精度的薄Ge外延层的介电常数，由于体Ge晶体的差异。在这里，我们讨论的程序，我们已经采用了提取的实部和虚部的介电常数从垂直入射反射率测量，通过结合标准的多层拟合程序的基础上的德鲁德模型与Kramers-Kronig变换的绝对反射率数据在零透射范围内的薄膜。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ab-initio approach for gap plasmonics
间隙等离子体处理在形成间隙的两个金属纳米颗粒之间的狭窄区域中的表面等离子体的性质。对于亚纳米间隙距离，电子可以在纳米颗粒之间隧穿，导致新的电荷转移等离子体的出现。通过在间隙区域内引入具有隧道导电性的人造材料，这些在量子校正模型内方便地描述。在这里，我们开发了一种方法来计算这样的隧道电导率的第一性原理框架内的密度泛函理论，并将我们的方法应用到一个jeldom模型代表钠。我们表明，在红外和光学频率的隧道电导率的频率依赖性可以显着比以前认为的更复杂。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Free electron nonlinearities in heavily doped semiconductors plasmonics
重掺杂的杂质半导体已经成为中红外频率的可调谐低损耗等离子体材料。本文研究了与高浓度自由电子有关的非线性光学现象。我们使用流体动力学的描述来研究自由电子动力学在重杂质半导体高达三阶项，这通常是可以忽略不计的贵金属。我们发现，级联三次谐波产生由于二次谐波信号可以作为直接三次谐波产生的贡献一样强，即使当二次谐波产生效率为零。此外，我们表明，当与等离子体增强自由电子的非线性耦合时，可以达到两个数量级大于传统的半导体非线性。本研究为中红外波段非线性光学集成器件的研究开辟了一条新的途径。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonics in Atomically Thin Materials
石墨烯中红外表面等离子体的观察和电操纵引发了对其他原子薄材料中类似光子能力的研究，这些材料能够在可见光和近红外频率下对光进行电调制，以及与光量子发射器的强相互作用。在这里，我们提出了一个简单的分析描述这种结构的光学响应，我们利用它们来研究它们在光调制和量子光学中的应用。具体来说，我们表明，在一个原子厚的贵金属层的等离子体激元可以用来产生完整的可调光吸收，并达到强耦合制度与相邻的量子发射器的相互作用。我们的方法适用于任何支持等离子体激元的薄材料，特别是，我们提供的参数使我们能够轻松计算银，金和石墨烯岛的响应。除了他们的纳米级电光的兴趣，本研究强调了量子纳米光子器件的设计，这些结构的巨大潜力。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall
Interferometric Measurement of Far Infrared Plasmons via Resonant Homodyne Mixing
我们提出了一种电调谐太赫兹二维等离子体干涉仪与集成的检测元件，下转换太赫兹场的直流信号。集成的检测器利用共振等离子体零差混合机制，该机制测量与用作本地振荡器的激发场同相的等离子体波的分量。研究了具有两个独立调谐路径的等离子体干涉仪。这些设备展示了一种用于开发片上光谱仪的方法，其中电长度的调谐起到类似于宏观傅里叶变换干涉仪中的物理路径长度的作用。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant mid-IR resonant coupling to molecular vibrations in sub-nm gaps of plasmonic multilayer metafilms
能够限制光的纳米材料对于增强光谱学例如拉曼散射、红外吸收和非线性光学过程是期望的。等离子体超晶格已经显示出在中红外线中承载集体共振的能力，但需要严格的制造工艺来创建良好有序的结构。在这里，我们演示了如何短程有序的金纳米粒子多层镜，自组装的亚纳米分子间隔，支持集体等离子体极化激元共振在可见光和红外线，连续可调超过11 $μ$ m通过简单地改变纳米粒子的大小和层数。由此产生的分子等离子体激元系统接近振动强耦合，并显示巨大的Fano倾角强度，SEIRA增强因子~10 $^6$，轻物质耦合强度g~100 cm $^{-1}$，Purcell因子~10 $^6$，模体积压缩因子~10 $^8$。集体等离子体激元极化激元模式对纳米颗粒空位无序是高度鲁棒的，并且通过由分子间隔物限定的一致的间隙尺寸来维持。结构无序有效地将光耦合到多层膜和镜子之间的间隙中，从而实现亚皮升样品体积的拉曼和红外传感。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quasi-flat plasmonic bands in twisted bilayer graphene
在狄拉克锥和随机相位近似下研究了扭曲双层石墨烯的电荷极化率。对于足够小的扭转角$θ\lesssim 2^\circ$，我们发现弱朗道阻尼带间等离子体，即~例如，集体激子模式存在于未掺杂的材料中，具有几乎恒定的能量色散。在这个制度中，损失函数可以被描述为一个法诺共振，我们认为，这些激发产生的准局域态与入射光场的相互作用。这些预测可以通过纳米红外成像进行测试，可能的应用包括不需要左手材料的“完美”透镜。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall
Plasmonic antenna coupling to hyperbolic phonon-polaritons for sensitive and fast mid-infrared photodetection with graphene
集成和操纵范德华异质结构的纳米光电特性可以实现前所未有的光电探测和传感平台。红外光电探测器的主要挑战是将光汇集到一个小的纳米级有源区域，并有效地将其转换为电信号。在这里，我们通过将等离子体天线有效耦合到六边形BN中的双曲声子极化激元以将中红外线高度集中到石墨烯pn结中，在一个器件中克服了所有这些挑战。我们通过器件的几何形状来平衡石墨烯的吸收、导电性和导热性的相互作用。这种新方法产生了卓越的器件性能，具有室温高灵敏度（NEP为82 pW-per-square-root-Hz）和17纳秒的快速上升时间（设置限制）等，因此实现了目前最先进的石墨烯和商业中红外探测器中不存在的组合。我们还开发了一个多物理场模型，该模型与我们的实验结果具有良好的定量一致性，并揭示了对我们光响应的不同贡献，从而为进一步改进这些类型的光电探测器铺平了道路，甚至超出了中红外范围。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Tunable plasmonic reflection by bound 1D electron states in a 2D Dirac metal
我们表明，表面等离子体的二维狄拉克金属，如石墨烯可以反映的线状扰动托管一维电子态。的反射起源于一个强烈的增强所造成的光学跃迁涉及这些束缚态的局部光学电导率。我们建议，束缚态可以系统地创建，控制和清算的超箭头静电门。使用红外纳米成像，我们获得了实验证据的碳纳米管栅极诱导的石墨烯的局部增强的导电性，这支持了这一理论概念。
2016-06-15 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
Lithographyically defined, room temperature low threshold subwavelength red-emitting hybrid plasmonic lasers
混合等离子体激元激光器提供深亚波长光学约束，强烈增强的光-物质相互作用，并且与纳米尺度足迹一起承诺在光通信、生物传感和光刻中的新应用。到目前为止报道的亚波长混合等离子体激光器通常使用自下而上生长的纳米线、纳米棒和纳米正方形，使得难以将这些器件集成到工业相关的高密度等离子体电路中。在这里，我们报告的第一个实验演示的AlGaInP为基础的，红色发光的混合等离子体激元激光器在室温下使用光刻为基础的制造工艺。深亚波长的2D和3D模式限制的λ平方/56和λ立方/199，分别演示的谐振腔。一系列腔几何形状（波导、环、正方形和盘）显示出具有宽增益带宽（610 nm-685 nm）的0.6-1.8 mJ/cm 2的非常低的激射阈值，这归因于增益材料的异质几何形状、优化的蚀刻技术以及增益材料与等离子体模式的强重叠。最重要的是，我们建立了模式限制和增强吸收和受激发射，这在保持低激光阈值在非常小的混合等离子体激元腔中发挥了关键作用之间的联系。我们的研究结果为混合等离子体激元激光器密集阵列与光学和电子技术平台的进一步集成铺平了道路。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall
Mid-infrared plasmons in scaled graphene nanostructures
等离子体激元利用电子对电磁波的集体响应，使光学器件的缩放超过衍射极限。在这里，我们展示了深度缩放的石墨烯纳米结构中的中红外（4至15微米）等离子体激元，其波长低至50 nm，比自由空间中的共振光波长小100倍以上。我们揭示，第一次，石墨烯等离子体激元通过其固有的光学声子和散射的边缘的关键阻尼通道。当允许通过光学声子的发射进行阻尼时，观察到20飞秒和更小的等离子体激元寿命。此外，与非极性类金刚石碳（DLC）基板相比，石墨烯纳米结构下方的SiO2基板中的表面极性声子导致显著改性的等离子体激元分散和阻尼。当等离子体共振频率接近极性声子频率时，实现了大大降低的阻尼。我们的研究为石墨烯在从亚太赫兹到中红外前所未有的宽波长范围内的等离子体波导，调制器和探测器中的应用铺平了道路。
2012-09-10 cond-mat.mes-hall
High-sensitivity plasmonic refractive index sensing using graphene
我们从理论上证明了一个高灵敏度，石墨烯等离子体基折射率传感器工作在室温下的中红外线。我们的传感器的质量因数达到$10$以上的值，但我们提出的等离子体传感器的关键方面是它的表面灵敏度，我们详细研究。我们已经使用了关于掺杂水平和电子弛豫时间的现实值，这是传感器性能的限制因素。我们的研究结果定量地显示了石墨烯等离子体基折射率传感器在中红外工作的高性能。
2017-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Colloidal Titanium Nitride Nanobars for Broadband Inexpensive Plasmonics and Photochemistry from Visible to Mid-IR Wavelengths
开发具有高载流子密度的胶体等离子体纳米材料，其显示从可见光到中红外（MIR）范围的光共振和光化学活性仍然是一个具有挑战性的追求。在这里，我们报告的氮化钛（TiN）纳米棒的制造使用两个步骤的基础上的湿化学路线合成的TiO 2纳米线和随后的高温退火氨流。所得TiN纳米棒的电磁模拟揭示了一组丰富的光学共振，其特征在于横向，纵向和混合横向纵向等离子体激元模式，覆盖从可见光到MIR区域的能量。修饰有Pt助催化剂纳米晶体的TiN纳米棒在940 nm处的近红外激发下由于增强的热电子产生而显示出与相似尺寸的各向同性TiN纳米球和TiN纳米立方体相比增强的光催化析氢活性。我们还表明，等离子体TiN纳米棒可用于检测糠醛分子的振动，通过提供一个强大的表面增强红外吸收（SEIRA）的影响，在MIR区域。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effects of Mid-infrared Graphene Plasmons on Photothermal Heating
我们从理论上研究了石墨烯基体系在中红外激光照射下的等离子体激元加热，其中石墨烯等离子体激元谐振器的周期性阵列放置在介电薄膜上。光学共振对结构参数和石墨烯层的数量敏感。在中红外激光辐照下，计算了稳态温度梯度。我们发现，石墨烯等离子体激元显着增强了系统中的电磁场的约束，并导致一个大的温度上升相比，没有石墨烯的情况下。讨论了系统中温度变化与光功率、光斑大小和介质层导热系数的关系。数值结果与实验结果相一致。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Bismuth plasmonic antennas
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Central European Institute of Technology（中欧技术研究所）
本文实验证明铋等离子体天线的形状和尺寸可调谐其局域表面等离子体共振，且铋具有与金几乎相同的色散关系，是金的低成本替代品。
2025-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging
表面等离子体激元是电子在金属或半导体中的集体振荡，使得能够在亚波长尺度上限制和控制电磁能量。等离子体激元学的快速发展在很大程度上依赖于器件纳米制造的进步，而对等离子体激元介质的可调谐特性关注较少。一种这样的介质-石墨烯-适合于用栅极电压方便地调节其电子和光学性质。通过红外纳米成像，我们明确表明，常见的石墨烯/SiO2/Si背栅结构支持传播表面等离子体。石墨烯等离子体激元的波长在技术相关的红外频率下为200 nm量级，并且它们可以传播该距离的几倍。我们已经成功地改变了这些等离子体的振幅和波长的门电压。我们使用等离子体干涉测量法研究了石墨烯中的损耗：通过探索在我们的纳米探针的尖端和样品的边缘之间形成的等离子体驻波的真实空间轮廓。通过这种分析量化的等离子体激元耗散与石墨烯的奇异电动力学有关。我们的可调石墨烯器件的标准等离子体指数超过了常见的金属基结构。
2012-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-harmonic optical circular dichroism of plasmonic chiral helicoid-III nanoparticles
虽然等离子体粒子可以在从较低的可见光到近红外的宽光谱范围内提供光学共振，但通常利用对称效应来获得特定的光学响应。通过打破某些空间对称性，手性结构出现并提供对这些等离子体共振的稳健的手性响应。在这里，我们观察到强大的手性L-手螺旋III纳米粒子的线性和非线性光学制度的手征光学响应，并通过一个不对称的因素，所谓的g-因子量化它们。我们计算出两种不同手握光学共振的线性光学g因子为-0.12和-0.43，非线性光学g因子为-1.45和-1.63。结果表明，螺旋-III纳米粒子的手性在非线性区域强烈增强。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Boosting infrared energy transfer in 3D nanoporous gold antennas
等离子体激元对从自由空间辐射到分子的能量转移的应用目前限于电磁波谱的可见区域，这是由于块体贵金属的固有光学性质，其支持仅在可见/紫外范围内接近其等离子体频率的强电磁场约束。在这项工作中，我们表明，纳米多孔金可以利用作为等离子体材料的中红外区域获得强电磁场约束，共定位与目标分子进入纳米孔和共振与他们的振动频率。纳米多孔金属的有效光学响应使得光场能够深入渗透到纳米孔中，在纳米孔中可以加载分子，从而与大块金相比实现更有效的光-物质耦合。为了实现由纳米多孔金制成的等离子体谐振器，我们开发了一种基于聚合物模板的纳米纤维方法用于金属沉积，并且我们获得了在设计选择的中红外波长处谐振的天线阵列。然后，我们用薄（3 nm）二氧化硅层涂覆天线，该二氧化硅层充当用于光能传递的目标介电层。我们研究的强度的光物质耦合的振动吸收频率的二氧化硅在1250 cm-1通过分析的实验Fano线型，是基准对相同的结构，散装黄金。在纳米多孔3D纳米天线阵列中，从自由空间中红外辐射到分子振动的光能转移的增强可以为等离子体增强的物理化学反应开辟新的应用途径。
2018-03-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Plasmonics of Topological Insulators at Optical Frequencies
纳米等离子体器件的发展，如等离子体电路和超材料超透镜在可见光到紫外线频率范围内，受到缺乏低损耗等离子体介质的阻碍。最近，在一类拓扑绝缘体中发现了强等离子体激元响应。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了拓扑绝缘四元（Bi，Sb）2（Te，Se）3三硫族化合物的介电函数.体等离子体性质，占主导地位的带间跃迁，观察到从2-3 eV，并延伸到更高的频率。此外，在蓝色和UV波长下，三硫属化合物是比金和银更好的等离子体介质。通过分析薄板，我们还表明，这些材料表现出拓扑保护的表面状态，这是能够支持传播等离子体极化激元模式在一个非常宽的光谱范围内，从可见光到中红外线及以上，由于组合的表面间和内带跃迁。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Integrated Plasmonics: Broadband Dirac Plasmons in Borophene
在过去的十年里，人们发现了许多二维半金属和绝缘体，而二维金属却很少被发现。硼氢化物是一种单层硼片，最近成为一种具有独特结构和电子特性的完美2D金属。在这里，我们研究的集体激发硼化物，其中表现出两个主要的等离子体模式与低阻尼率从红外延伸到紫外区。各向异性的一维等离子体激元起源于硼化物中倾斜狄拉克锥的电子激发，类似于重掺杂狄拉克半金属中的电子激发。这些特性使得硼纳米晶体有望在下一代光电子器件中实现定向极化子传输和宽带光通信。
2020-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics of magnetic and topological graphene-based nanostructures
石墨烯是研究等离子体激元基本极限的独特材料。除了最终的单层厚度之外，其载流子浓度可以通过化学掺杂或施加电场来调节。以这种方式，石墨烯的电动力学性质可以从高导电性变化到介电性。石墨烯在从太赫兹到中红外频率的宽光谱范围内支持强烈受限的传播表面等离子体激元（SPP）。它还具有强的磁光响应，因此提供了互补的架构，以传统的磁等离子体的基础上磁光活性金属或铌酸锂。尽管有大量的评论文章致力于石墨烯的等离子体特性和应用，很少有人知道石墨烯的磁等离子体和拓扑效应在石墨烯基纳米结构，这是本文的主要主题。我们讨论了几种策略，以提高拓扑结构不同的封闭表面景观，即石墨烯纳米管，圆柱形纳米腔和环形纳米结构的等离子体效应。综述了手征亚结构上的强非对称SPP传输现象以及结构拓扑指数与等离子体拓扑指数之间的基本关系。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Giant Faraday rotation of high-order plasmonic modes in graphene-covered nanowires
纳米线中的等离子体法拉第旋转表现为高阶表面等离子体极化激元（SPP）模式的空间强度分布围绕纳米线轴的旋转。在这里，我们从理论上预测了巨大的法拉第旋转的SPP石墨烯涂层的磁光活性纳米线上传播。在沿着纳米线轴指向的外部磁场反转时，一些高阶等离子体激元模式可以在中红外频率下在约500 nm的尺度上旋转高达~ 100度。通过化学掺杂或栅极电压调谐石墨烯中的载流子浓度允许控制SPP性质，并且特别是高阶方位角模式的旋转角。我们的研究结果打开了一扇大门，新的等离子体激元的应用，从基于硅基法拉第隔离器的量子光学应用中的磁控制。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Van der Waals thin films of WTe2 for natural hyperbolic plasmonic surfaces
双曲等离子体表面支持具有极大态密度的高度定向传播的极化激元。这种等离子体激元已经在人工结构化超颖表面中实现。然而，可实现的等离子体波矢量的上限是有限的结构尺寸，这需要一个自然的双曲表面没有任何结构。在这里，我们通过远红外吸收光谱实验证明了基于WTe 2的薄膜的自然双曲等离子体表面在16至23微米的光波长范围内。从椭圆到双曲线的拓扑过渡制度进一步体现了通过映射等离子体振子的等频率轮廓。此外，各向异性特征和等离子体激元频率表现出显著的温度依赖性。我们的研究展示了第一个自然平台，主机二维双曲等离子体，这开辟了异国情调的途径，操纵等离子体传播，光-物质相互作用和光发射在平面光子学。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin Coated Plasmonic Nanoparticle Interfaces for Photocurrent Enhancement in Thin Film Si Solar Cells
贵金属的纳米颗粒（NP）阵列通过入射电磁场与金属的自由电子等离子体之间的共振相互作用强烈吸收可见光至红外波长的光。这种等离子体界面增强了太阳能电池中的光吸收和光电流。我们报告了一种具有成本效益和可扩展的室温/压力旋涂路线制造宽带等离子体界面组成的银纳米粒子。NP界面产生光电流增强（PE）在薄膜硅器件高达200%，这是显着大于以前报道的值。对于由含有平均直径为40 nm的颗粒的Ag纳米油墨产生的涂层，观察到7%的最佳NP表面覆盖率。界面形态的扫描电子显微镜显示，对于低表面覆盖率，颗粒分离良好，导致宽带PE。在较高的表面覆盖度，形成的颗粒串和集群造成红移的PE峰和较窄的光谱响应。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deep Learning for The Inverse Design of Mid-infrared Graphene Plasmons
我们从理论上研究了中红外石墨烯基超材料的等离子体特性，并将神经网络的深度学习应用于逆向设计。这些人造结构具有沉积在介电薄膜上的石墨烯等离子体共振器的方形周期性阵列。光谱随结构参数的变化而显著变化。我们的数值结果与以前的实验结果是一致的。然后，采用理论方法来生成用于训练和测试深度神经网络的数据。通过将预训练的神经网络与逆网络相结合，我们实现了石墨烯基超材料的逆设计计算。我们还讨论了数据驱动方法的局限性。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonlinear plasmonic switching in graphene stub nanoresonator loaded with core-shell quantum dot
本文研究了石墨烯波导中两个表面等离子体激元-极化激元（SPP）模之间的非线性相互作用问题，其中石墨烯波导集成了一个带有核壳量子点的短截线纳米谐振器。建立并讨论了纳米谐振腔中阶梯型SPP-QD相互作用产生信号SPP模$π$相移的强耦合和极窄带共振条件。使用全波电磁模拟，我们证明了，打开泵SPP导致从破坏性的过渡到建设性的干扰短截线纳米谐振器和随后的效果从锁定切换到通过波导传输信号SPP。在所获得的结果的基础上，我们开发了具有优化特性的全等离子体石墨烯晶体管的模型，包括尺寸约为$25$ nm，时钟频率约为$100$ GHz，在近红外波长范围内工作。
2019-02-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Assembling patchy plasmonic nanoparticles with aggregation-dependent antibacterial activity
我们实现了一种抗菌纳米材料的基础上的自限组装的片状等离子体胶体，通过吸附溶菌酶的金纳米粒子。在几百纳米内选择组件尺寸的可能性允许在从可见光到近红外的宽频率范围内调谐它们的光学响应。我们还证明了催化活性的聚集依赖性调制，这导致适当大小的组装体的抗菌性能的增强。这种纳米材料的结构，光学性质和生物活性的全面控制，为开发新型抗菌纳米酶铺平了道路，在治疗多重耐药细菌方面具有广阔的应用前景。
2020-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Infrared Plasmons Propagate through a Hyperbolic Nodal Metal
金属是红外和光学波长的典型等离子体介质，允许人们在纳米尺度上引导和操纵光。一种特殊形式的光波导是由高度各向异性的晶体提供的，这些晶体沿正交方向显示出相反的介电函数符号。这些介质被归类为双曲线，包括晶体绝缘体，半导体和人工超材料。层状各向异性金属也预期支持双曲波导。然而，这种行为仍然难以捉摸，主要是因为带间损耗阻止了红外模式的传播。在这里，我们报告在一个典型的层状半金属ZrSiSe双曲波传播的观察。所观察到的波导起源于近红外线和等离子体线之间的极化激元杂化。独特的节点电子结构同时抑制带间损耗并增强等离子体响应，最终使红外模式能够通过晶体的主体传播。
2022-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
GaAs droplet quantum dots with nanometer-thin capping layer for plasmonic applications
我们报告的生长和光学特性的液滴GaAs量子点与超薄（11 nm）的覆盖层。为了实现这样的结果，在生长过程中引入内部热加热步骤，并通过扫描电子显微镜和原子力显微镜研究其在所获得的量子点的形态特性中的作用。在低温下的光致发光测量表明，在近红外波长处，单量子点的光稳定，尖锐和明亮的发射。考虑到它们的光学性质的质量和与表面的接近度，这样的发射器是用于研究近场效应（如与等离子体模式的耦合）的理想候选者，以便强烈地控制发射的方向性和/或自发发射率（量子光子应用的关键参数）。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
