Evidence for graphene plasmons in the visible spectral range probed by molecules
基于结合的紧密束缚模型和随机相位近似计算，石墨烯被认为仅在红外线以下是等离子体激元活性的。在这里，我们表明，通过椭圆偏振测量和密度泛函理论模拟的石墨烯的光学性质意味着在可见光的线宽为0.1 eV的强烈局域化的石墨烯等离子体的存在。使用小的发射器，提供高的波矢量激发石墨烯等离子体在光学频率所需的，我们证明了石墨烯等离子体诱导的激发增强近3个数量级。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gain Modulation by Graphene Plasmons in Aperiodic Lattice Lasers
基于二维石墨烯等离子体激元的技术将能够开发快速，紧凑和廉价的有源光子元件，因为与其他材料中的等离子体激元不同，石墨烯等离子体激元可以通过掺杂水平进行调谐。这种调谐被利用在太赫兹量子级联激光器中，以可逆地改变它们的发射。这是通过两个关键步骤实现的：第一，通过在非周期性晶格激光器内激发石墨烯等离子体，第二，通过工程光子寿命，将石墨烯的费米能量与往返增益联系起来。模态增益以及因此激光光谱对集成的、电可控的石墨烯层的掺杂高度敏感。集成石墨烯等离子体激元激光器原理的演示为新一代有源可编程等离子体超材料奠定了基础，其对光子学，材料科学和纳米技术具有重大影响。
2016-02-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Toward Monoatomic-Layer Field Confinement Limit via Acoustic Graphene Plasmons
针对双层石墨烯远场激发下仅光学等离激元被主导激发的问题，提出用单/多纳米发射器选择性高效激发声学等离激元的策略，建立解析模型阐明发射器排布的作用，设计最优器件结构以逼近单原子层等离激元局域极限。
2020-12-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Nonlinear light mixing by graphene plasmons
石墨烯具有很强的光学非线性。石墨烯等离子体激元可以进一步增强其非线性响应。在这里，我们报告了一种新的非线性电吸收效应观察到纳米结构的石墨烯由于激发的石墨烯等离子体。我们实验检测和理论解释增强的非线性混合的近红外和中红外线的石墨烯纳米带阵列。石墨烯等离子体激元对光的强压缩意味着这种效应本质上是非局域的，并且比传统的局域石墨烯非线性大几个数量级。该效应可用于各种应用中，包括非线性光调制器、光多路复用器、光逻辑和传感器件。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transverse electric plasmons in bilayer graphene
我们预测了双层石墨烯中横电等离子体的存在。我们发现，它们的等离子体特性在双层中比在单层石墨烯中显著得多，在某种意义上说，对于足够的掺杂值，它们可以在略低于$\hbarω=0.4$ ~eV的频率处更加局部化。这是双层石墨烯中完美嵌套的带的结果，其被$\sim 0.4$ ~eV分开。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Graphene plasmons in a plasmonic realization of the Su-Schrieffer-Heeger Model
由薄绝缘体、石墨烯和金属制成的石墨烯混合物可以支持传播声等离子体（AGPs）。金属屏蔽修改了通常的石墨烯等离子体激元的色散关系，导致缓慢传播的等离子体激元，具有电磁辐射的记录限制。在这里，我们表明，石墨烯单层，由薄的介电材料和金属纳米棒阵列覆盖，可以用作一个强大的平台来模拟苏-施里弗-希格模型。我们计算了不同等离子体激元带的Zak相位，以确定它们的拓扑结构。该系统显示散装边缘对应：强烈本地化的界面态中产生的畴壁分离阵列在不同的拓扑阶段。我们发现签名的非平凡的阶段，可以直接探测远场中红外辐射，从而允许直接实验确认石墨烯拓扑等离子体。强大的场增强，界面态的高度局部化性质，以及它们的门调谐频率扩展了基于AGP的器件的能力。
2021-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Trapping and guiding surface plasmons in curved graphene landscapes
我们证明，石墨烯放置在结构化衬底的顶部提供了一种新的方法捕获和引导表面等离子体。具有空间上变化的曲率的单层石墨烯在弯曲区域（诸如凸块、隆起和阱）附近表现出对石墨烯等离子体的有效捕获电势。我们推导了描述这种弯曲石墨烯引导的局域通道等离子体激元的控制方程，并通过第一性原理数值模拟验证了我们的理论。所提出的限制机制使等离子体激元引导的最大曲率的区域，它提供了一个通用的平台，用于操纵光在平面景观。此外，孤立的变形的石墨烯，如凸点，以支持本地化的表面模式和共振，提出了一种新的方式来工程等离子体超颖表面。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficiencies of Aloof-Scattered Electron Beam Excitation of Metal and Graphene Plasmons
我们评估了金属和石墨烯上的高空散射电子束的表面等离子体激元激发效率。石墨烯显示出在非常低的电子动能要求下表现出高的能量转移效率。我们表明，石墨烯的优异性能是由于其独特的等离子体分散，低电子密度和薄膜结构。从相干辐射的角度讨论了这些孤立散射的石墨烯等离子体激元的潜在应用。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Highly Efficient Midinfrared On-Chip Electrical Generation of Graphene Plasmons by Inelastic Electron Tunneling Excitation
非弹性电子隧穿为表面等离子体激元的激发和光发射提供了一条低能途径。我们从理论上研究了基于金属和石墨烯的隧道结。我们表明，石墨烯是一种潜在的高效材料，因为它的窄等离子体激元线宽，强发射，和大的可调谐性在中红外波长区的隧穿激发的等离子体激元。与金和银相比，对于相似的波长，增强可以高达10倍，并且在它们各自的等离子体激元工作波长下可以高达5个数量级。石墨烯等离子体激元的调谐激发有望成为石墨烯基光电子和纳米光子集成电路的片上电产生和等离子体激元操纵的有效技术。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall 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
Superradiance mediated by Graphene Surface Plasmons
我们证明了两个发射体之间的相互作用可以通过石墨烯中表面等离子体激元模式的有效激发来控制。我们认为石墨烯表面等离子体支持的二维石墨烯片或一维石墨烯带，显示在这两种情况下，发射器之间的耦合可以强烈增强或抑制。超和次辐射制度的反射和透射配置进行了研究。重要的是，在真空中由自由空间波长固定的发射器之间的耦合的长度尺度现在由石墨烯表面等离子体的波长确定，石墨烯表面等离子体的波长可以非常短并且可以经由栅极电压随意调谐。
2012-01-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling the Excitation of Graphene Plasmons in Periodic Grids of Graphene Ribbons: An Analytical Approach
我们研究电磁散射和随后的等离子体激元激发周期性网格的石墨烯带。为了解决这个问题，我们开发了一种分析方法来描述等离子体辅助吸收的电磁辐射的周期性结构的石墨烯带形成的衍射光栅太赫兹和中红外光。该方法的主要优点在于其能够准确地描述一维（1D）石墨烯光栅中石墨烯表面等离子体激元（GSPs）的激发，而无需使用耗时且计算量大的全波数值模拟。因此，我们提供了反射率、透射率和等离子体激元增强吸收光谱的分析表达式，可以在任何个人笔记本电脑中通过几乎没有编程轻松评估这些表达式。我们还介绍了一个半分析的方法来基准我们以前的结果，并进一步比较的理论数据与光谱从实验中，我们观察到一个非常好的协议。因此，这些理论工具可以应用于设计新的实验和基于石墨烯等离子体的尖端纳米光子器件。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface plasmon polaritons on soft-boundary graphene nanoribbons and their application as voltage controlled plasmonic switches and frequency demultiplexers
石墨烯片门与脊状接地平面，创建一个软边界（SB）石墨烯纳米，被认为是。通过调整脊参数和偏压，可以在石墨烯上创建可以引导TM表面等离子体激元（SPP）的通道。发现了两种模式：基本模式和高阶模式，没有明显的截止频率，能量分布在整个通道上;边缘模式，能量集中在软边界边缘。这些模式的色散曲线，电近场图案，和电流分布的确定。由于能量集中在边缘模式的位置可以很容易地通过偏置电压和频率进行电子控制，边缘模式现象被用来提出一种新的电压控制等离子体激元开关和等离子体激元频率解复用器。
2013-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-coated holey metal films: tunable molecular sensing by surface plasmon resonance
我们报道了在一个亚波长尺寸的多孔二维光栅中的表面等离子体共振的增强，该光栅是在由石墨烯片涂覆的金薄膜中钻出的。这种增强源于石墨烯中的载流子与金表面等离子体激元之间的耦合。主等离子体共振峰位于1.5微米左右。一个较低的限制金诱导的掺杂浓度的石墨烯的规定，这种架构的分子传感的兴趣也突出。
2013-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Current-controlled light scattering and asymmetric plasmon propagation in graphene
我们证明了石墨烯中的等离子体可以使用直流电流来操纵。源极-漏极电流提升了等离子体激元的前向/后向简并性，从而产生与电流平行和反平行的具有不同传播特性的两种模式。我们发现，平行于漂移电流传播的等离子体激元的传播长度被增强，而反平行等离子体激元的传播长度被抑制。我们还研究了在周期性介电环境中由于等离子体激元引起的光的光的散射，并且我们发现等离子体激元共振在对应于前向和后向等离子体激元模式的两个峰中分离。前向传播等离子体激元的更窄的线宽可以用于折射率感测，并且DC电流控制可以用于中红外电磁辐射的调制。
2017-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmons in electrostatically doped graphene
石墨烯作为一种低损耗等离子体材料，其等离子体特性可以通过静电掺杂来控制，这引起了人们的高度期望。在这里，我们分析现实的配置，产生不均匀的掺杂，与迄今为止在纳米结构石墨烯等离子体激元的研究中假设的情况相反。具体来说，我们调查背栅带，共面带对放置在相反的电位，和个别的丝带受到一个统一的电场。背栅带和带对中的等离子体激元类似于均匀掺杂带的等离子体激元，只要费米能量适当地缩放以补偿有限尺寸效应，例如边缘处载流子密度的发散。相比之下，暴露于均匀场的带的等离子体激元表现出明显不同于均匀掺杂带的明显色散和空间分布。我们的研究结果提供了一个路线图，以了解石墨烯等离子体在现实的静电掺杂条件下。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene, plasmons and transformation optics
在这里，我们研究了亚波长光栅耦合到石墨烯等离子体通过一个分析模型的基础上的转换光学，不限于非常浅的光栅。我们考虑的光栅，包括在石墨烯片的电荷密度的周期性调制，并通过这种电导率调制形成的光栅连同放置在石墨烯附近的介电光栅。给出了系统支持的等离子体激元的色散关系以及平面波照明下的反射率和透射率的显式表达式。我们讨论了最大化入射辐射和等离子体激元之间的耦合在石墨烯的条件，找到最佳的调制强度的电导率光栅。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Optical Generation of Surface Plasmons in Graphene
在这里，我们提出了一个全光等离子体激元耦合方案，利用石墨烯的固有非线性光学响应。我们展示了自由空间，可见光脉冲耦合到平面，未图案化的石墨烯片的表面等离子体激元，通过使用非线性波混合，以匹配波矢量和能量的表面波。通过仔细控制的相位匹配条件，我们表明，可以激发表面等离子体与一个定义的波矢量和方向在一个大的频率范围内，在我们的实验接近$10^{-5}$的估计光子效率。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Localized Surface Plasmons in Vibrating Graphene Nanodisks
局域表面等离子体激元是金属纳米颗粒中电子的受限集体振荡。当由光驱动时，光学响应由几何参数决定，因此介电环境和等离子体激元对于传感应用极其重要。石墨烯盘中的等离子体激元具有经由电刺激高度可调谐的额外益处。机械振动以局部表面等离子体激元的激发可以被强烈调制的方式产生结构变形。我们表明，在这样的情况下，谱移是由一个复杂的相互作用之间的对称性和形状的模态振动和等离子体激元模式图案。通过声激发调谐石墨烯中的光的受限模式，为塑造等离子体探测器的灵敏度以及增强与光学发射器（例如分子）的相互作用铺平了新的道路，用于未来的纳米光子器件。
2016-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene Plasmons in Triangular Wedges and Grooves
在衍射极限以下有效地引导电磁辐射的能力在全光等离子体电路的前景中是至关重要的。在这里，我们提出了一种替代解决方案，传统的金属基等离子体，利用深亚波长的限制和可调谐性的石墨烯等离子体沿石墨烯覆盖的介电楔或槽的顶点引导。特别是，我们提出了一个准解析模型来描述在这样的系统中的等离子体激元本征模，包括其光谱和相应的感应电势和电场分布的完整的确定。我们已经发现，楔形/凹槽石墨烯等离子体激元的色散遵循与它们的平坦石墨烯等离子体激元对应物相同的函数依赖性，但是现在通过（纯粹）几何因子缩放，其中包含关于系统几何形状的所有信息。我们相信，我们的研究结果为基于最近发现的二维材料开发新型定制光子器件，用于亚波长波导和光的局部化铺平了道路。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonics in the visible domain for a one-dimensional truncated photonic crystal terminated by graphene: sensing beyond Dirac point's approximation
在Kretschmann构型下，在涂覆石墨烯层的一维光子晶体中，TE波的偏振可以激发出可见的表面等离子体共振（SPR）.在这项工作中，等离子体激元布洛赫波的狄拉克点以外的一维石墨烯基的光子传感结构的性质进行了数值研究。我们表明，在可见光区的建议的光子器件的反射光谱中的出射等离子体下降表现出可调的化学势和跳跃参数调制后的特性。传感器在可见光区的灵敏度进行了数值评估，并与那些考虑在太赫兹制度的表面等离子体共振进行了比较。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electro-optical graphene plasmonic logic gates
通过外部栅极电压对石墨烯等离子体模式的多功能控制启发我们在中红外波长处设计高效的电光石墨烯等离子体逻辑门。我们表明，这些器件优于传统的光学逻辑门，因为前者具有截止态和干涉效应。此外，设计的六个基本逻辑门（即，NOR/AND，NAND/OR，XNOR/XOR）不仅在10 μm工作波长下实现了小于λ/28的超紧凑尺寸长度，而且最小消光比高达15 dB。这些石墨烯等离子体逻辑门是未来纳米级中红外光子集成电路的潜在构建块。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-phonon coupling in large-area graphene dot and antidot arrays
SiO2衬底上的纳米结构石墨烯为增强光-物质相互作用和在中红外区探索强等离子体-声子杂化铺平了道路。前所未有的大面积石墨烯纳米点和反点光学阵列是通过纳米球光刻法制造的，其结构控制低至100纳米以下。石墨烯等离子体激元模式和基板声子之间的相互作用的实验证明和结构控制被用来映射出的等离子体激元和声子的杂交，显示的顺序20毫电子伏的耦合能量。理论计算和数值模拟进一步支持了我们的发现。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Temporal control of graphene plasmons
静电门控和光泵浦方案使得能够对石墨烯的自由载流子密度或德鲁德重量进行有效的时间调制。我们发展了一个理论，在时间调制下的石墨烯等离子体传播。当调制的时间尺度上的等离子体激元周期，我们表明，它是可能的，以创建一个向后传播或驻波等离子体激元波和放大等离子体激元。理论模型与直接Maxwell模拟结果吻合得很好。
2018-01-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
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
Wide-Band Nano-Imaging of Plasmon Dispersion and Hotspots in Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene
我们报告了使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）在宽光谱范围内观察石墨烯等离子体干涉条纹，该显微镜采用了一组可广泛调谐的量子级联激光器。我们使用等离子体激元干涉测量石墨烯等离子体激元的色散曲线超过一个数量级的等离子体激元波长，从$λ_{sp}$ ~140到~1700 nm，并提取电子费米能量为298 $\pm$ 4 meV的氢嵌入单层外延石墨烯在SiC上。此外，我们证明了波长可调的石墨烯等离子体反射“热点”在单层/双层界面的外观。这项工作证明了宽带纳米成像精确测量石墨烯的电性能和空间控制等离子体反射聚焦的能力。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coupling light into graphene plasmons through surface acoustic waves
我们提出了一个方案，耦合激光到石墨烯等离子体的帮助下，电产生的表面声波。表面声波形成衍射光栅，其允许用红外激光激发杂化石墨烯等离子体-声子色散的长寿命声子状分支。我们的方法避免了石墨烯片的图案化，不依赖于复杂的光学近场技术，并允许电切换远场辐射和传播石墨烯等离子体之间的耦合。
2013-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Geometric universality of plasmon modes in graphene nanoribbon arrays
石墨烯等离子体是一个快速发展的领域，具有多种潜在的应用。研究石墨烯中等离子体激元的标准方法之一是通过制造石墨烯纳米带阵列，其中纳米带边缘提供有效的光子-等离子体激元耦合。我们系统地分析了在这样的系统中的光学等离子体激元响应的问题，并证明了石墨烯等离子体激元的尺寸量子化条件的纯几何性质。精确的数值计算使我们能够列出等离子体尺寸量子化的通用几何参数，这有望成为有用的石墨烯纳米带的等离子体响应的实验数据的分析。一个简单的分析理论也被开发，准确地再现了所有的定性特征的石墨烯纳米带的光学等离子体响应。
2015-03-23 cond-mat.mes-hall
Graphene plasmonics: A platform for strong light-matter interaction
石墨烯等离子体提供了贵金属等离子体的合适替代方案，因为它们表现出大得多的限制和相对长的传播距离，具有经由静电门控高度可调的优点。我们报告了由石墨烯等离子体辅助的强的光-物质相互作用，并且特别地，我们预测了在碳片附近的量子发射体的前所未有的高衰减速率、大的真空拉比分裂和珀塞尔因子以及超过石墨烯带和纳米尺寸的盘中的几何面积的消光截面。我们的研究结果为石墨烯等离子体的新兴和潜在的深远领域提供了基础，为腔量子电动力学提供了理想的平台，并支持单分子，单等离子体器件的可能性。
2011-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Dissipative plasmon-solitons in multilayer graphene
研究了石墨烯片多层堆叠结构的非线性特性。据预测，这样的结构可以支持耗散等离子体孤子产生和支持的外部激光辐射。导出了描述Otto组态中平面波驱动的非线性等离子体激元空间动力学的新的非线性方程，预测了石墨烯结构中单峰和多峰耗散孤子的存在。
2013-11-21 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.optics
Surface plasmons at the interface between graphene and kerr-type nonlinear medium
研究了石墨烯与克尔型非线性介质界面上三维局域表面等离子体激元的性质。与金属表面的表面等离子体激元相比，由于不可避免的非线性折射效应，等离子体激元的约束可以提高到没有非线性贡献的石墨烯等离子体激元的三倍，但相对传播长度几乎相同。此外，石墨烯等离激元的色散关系和传播距离可以通过改变石墨烯的费米能级、温度和弛豫时间来控制。我们的研究结果表明，一个简单的，但有用的潜在应用，精密的非线性材料传感器使用石墨烯等离子体。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Regular quantum plasmons in segments of graphene nanoribbons
石墨烯等离子体激元具有贵金属等离子体激元无法比拟的优势，例如高可调谐性和低损耗。然而，对于小于10 nm的石墨烯纳米结构，尽管它们具有潜在的应用，但对它们的等离子体激元或是否存在规则的等离子体激元行为知之甚少。在这里，我们提出了第一性原理计算的锯齿形石墨烯纳米颗粒段的等离子体激元激发。发现了规则的等离子体行为：在低能区（< 1.5 eV）仅存在一个等离子体模式。当宽度（W）大于1.5 nm时，经典的静电标度律仍然近似成立，但当W < 1.5 nm时，由于量子效应，经典的静电标度律完全失效。不同掺杂浓度下的标度表明，等离子体激元近似为自由电子等离子体激元，而不是狄拉克等离子体激元。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Dynamics of Plasmon-Exciton Interaction of Ag Nanowire-Graphene Hybrids for Surface Catalytic Reactions
利用超快泵浦-探测瞬态吸收光谱技术，在可见-近红外波段对石墨烯-银纳米线杂化材料的飞秒等离子体激子相互作用进行了实验研究。银纳米线的等离子体激元寿命约为150飞秒（fs）。对于单层石墨烯，在275 fs处的快速动力学过程是由于石墨烯激子的激发，而在1.4皮秒（ps）处的缓慢过程是由于等离子体激元热电子与石墨烯声子的相互作用。对于石墨烯-Ag纳米线杂化材料，等离子体激元诱导的热电子向石墨烯的转移时间尺度为534 fs，金属等离子体激元增强的石墨烯等离子体激元在可见光区的时间尺度约为3.2 ps.石墨烯-银纳米线杂化物可用于等离子体激元驱动的化学反应。这种石墨烯介导的表面增强拉曼散射基底与单层石墨烯或单个Ag纳米线单独驱动的反应相比，显著增加了由石墨烯-Ag纳米线杂化共同驱动的表面催化反应的概率和效率。这意味着石墨烯-Ag纳米线杂化物不仅可以导致高密度热电子的显著积累，而且由于强的等离子激元-激子耦合，还可以显著增加等离子激元到电子的转换效率。
2016-08-06 cond-mat.mes-hall
Plasmons in graphene on uniaxial substrates
将石墨烯放置在单轴衬底上可能对石墨烯基光子和光电子器件具有有趣的应用潜力。在这里，我们解析地推导出单轴衬底上的石墨烯等离子体激元的色散关系，并讨论它们的动量，传播长度和偏振作为频率，传播方向和基底的正常和异常介电常数的函数。我们发现，等离子体激元表现出各向异性的传播，产生径向不对称的场模式时，点发射器发射等离子体在石墨烯层。
2013-12-16 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
Real-space imaging of the tailored plasmons in twisted bilayer graphene
我们报告了一个系统的等离子体研究扭曲双层石墨烯（TBLG）-两个石墨烯层堆叠的扭曲角。通过对具有宽扭曲角分布的TBLG单晶的实空间纳米成像，我们发现TBLG支持敏感地依赖于扭曲角的受限红外等离子体。在小的扭转角下，TBLG具有与单层石墨烯相当的等离子体激元波长。在较大的扭转角，TBLG的等离子体激元波长显着增加，明显较低的阻尼。进一步的分析和建模表明，观察到的扭曲角依赖的TBLG等离子体在狄拉克线性制度主要是由于费米速度重整化，层间电子耦合的直接后果。我们的工作揭示了TBLG的定制等离子体特性，加深了我们对新颖的范德华耦合二维材料中有趣的纳米光学物理的理解。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon-plasmon interaction and the role of buffer in epitaxial graphene micro-flakes
本文通过远红外磁等离激元吸收、拉曼成像和原子力显微镜，揭示外延石墨烯平移对称性破缺源于自发形成的微米薄片，并阐明缓冲层通过界面态库仑屏蔽与等离激元耦合共同导致纳米带中的异常红移。
2023-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unconventional plasmon-phonon coupling in graphene
利用自洽线性响应理论计算了石墨烯中等离子体激元和内禀光学声子的杂化。我们发现，纵向等离子体激元（横向磁模式）只耦合到横向光学声子，而石墨烯的横向等离子体激元（横向电模式）只耦合到纵向光学声子。这种偏振的混合与其他系统中通常的等离子体-声子耦合相反。通过增加载流子的浓度，对于横向（纵向）声子，声子频率的所得变化增加（减小）。
2011-04-04 cond-mat.mes-hall
Plasmon Generation through Electron Tunneling in Graphene
石墨烯等离子体相对于光波长的短波长使其在光电子学和传感领域的应用具有吸引力。然而，这种特性限制了它们与外部光的耦合以及我们创造和检测它们的能力。因此，期望产生等离子体激元的更有效的方式。在这里，我们证明，通过现实的理论模拟，石墨烯等离子体可以有效地激发通过电子隧穿在由两个石墨烯单层由几个原子层的hBN分离形成的三明治结构。我们得到的等离子体激元产生率的$\sim10^{12}-10^{14}/$ s的平方等离子体激元波长的区域上的间距和偏置电压的现实值，而产量（等离子体激元每隧穿电子）具有统一的顺序。我们的研究结果支持在隧穿器件中的石墨烯等离子体激元的电激发作为一种可行的机制，用于开发无光学的石墨烯等离子体激元器件。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall
Efficient nonlinear generation of THz plasmons in graphene and topological insulators
石墨烯中的表面等离子体可以提供贵金属等离子体的有吸引力的替代方案，这是由于其更紧密的限制、特有的色散和更长的传播距离。我们目前的理论研究的非线性差频产生的太赫兹表面等离激元模式支持的二维层的无质量狄拉克电子，其中包括石墨烯和表面态的拓扑绝缘体。我们的研究结果表明，在等离子体共振附近的DFG效率的强烈增强和相位匹配的非线性产生的等离子体激元在很宽的频率范围内的可行性。
2013-12-01 cond-mat.mes-hall
Graphene plasmons and retardation: strong light-matter coupling
我们研究了掺杂的石墨烯等离子体激元的延迟制度，由未延迟的等离子体激元和光锥的名义交叉。除了在等离子体色散关系中的修改之外，延迟意味着传播光和物质之间的强耦合，即使对于均匀的石墨烯，这也开辟了在简单的石墨烯设备中有效的等离子体的可能性。我们在双层结构中，表现出{ \em完美}（如果无损耗）的光传输在一个经典的禁止区域，提供了一个简单的模拟相应的现象在穿孔的金属片的增强。我们还表明，（宽）Fabry-Pérot共振目前没有石墨烯变成尖锐的峰值，准离散模式的存在下，石墨烯的响应函数是由典型的Fano线形。
2012-07-20 cond-mat.mes-hall
Laser-driven parametric instability and generation of entangled photon-plasmon states in graphene and topological insulators
我们表明，一个强的红外激光束倾斜入射到石墨烯可以经历一个参数不稳定性衰减成低频（闲频）光子和太赫兹表面等离子体。这种不稳定性是由于石墨烯的空间色散引起的强烈的面内二阶非线性响应。参量衰减导致THz等离子体激元的有效产生，并引起闲频光子和表面等离子体激元态的量子纠缠。类似的过程可以由拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的表面态支持。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Confined Plasmons in Graphene Microstructures: Experiments and Theory
石墨烯是一种具有高迁移率和可调电导率的二维材料，特别适合于等离子体激元。体石墨烯中的等离子体激元的频率色散已经在理论和实验上进行了研究，而没有理论模型已经被报道，并针对石墨烯微结构中的受限等离子体激元模式的实验进行了测试。在本文中，我们提出了实验测量以及分析和计算模型，这样的限制模式。我们比较实验测量与理论的等离子体激元模式在相互作用的石墨烯条阵列，并表现出良好的协议。实验和理论结果之间的比较揭示了相邻石墨烯结构的等离子体激元模式之间的相互作用所发挥的重要作用。
2013-03-06 cond-mat.mes-hall
Active graphene plasmonics with a drift-current bias
我们从理论上证明了由碳化硅衬底上的漂移电流偏置石墨烯片形成的系统能够实现损耗补偿和等离子体激元放大。石墨烯片的主动响应植根于石墨烯等离子体激元的光泵浦，其具有由流动载流子提供的增益。所提出的系统作为一个光学放大器的等离子体与漂移电子共同传播和作为一个强衰减器的对等离子体。此外，我们表明，通过连接系统的输入和输出，例如，因为环形石墨烯-碳化硅纳米谐振器与漂移电子所提供的光学增益相结合，可能导致Spasing。
2020-09-19 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium plasmons with gain in graphene
石墨烯支持强约束的横向磁片等离子体激元，其光谱特性取决于狄拉克粒子的能量分布。问题是，当石墨烯被泵入反转状态时，等离子体振子是否会被放大。在建立动态非平衡极化率的理论时，我们能够确定光反转石墨烯的精确复频率等离子体激元色散，并研究掺杂、碰撞损耗和温度对等离子体激元增益的影响。我们自洽地计算了自发发射谱和载流子复合率，并与基于费米黄金法则的近似结果进行了比较。我们的研究结果表明，在现实条件下，等离子体激元的放大是可能的，但不可避免地与超快自发发射竞争，这对于本征石墨烯来说，比以前估计的快5倍。这项工作对非平衡等离子体激元的性质有了新的认识，并可能有助于基于石墨烯的有源等离子体激元器件的实验实现。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall
Plasmon-phonon Strongly-Coupled Mode in Epitaxial Graphene
我们报告的色散测量，使用角分辨反射电子能量损失光谱（AREELS），在二维（2D）等离子体在单层和多层石墨烯的表面光学声子（FK声子）模式的碳化硅衬底强烈耦合。耦合模在单层和双层石墨烯中表现出离散的色散行为。随着SiC（0001）上石墨烯层的增加，观察到从类等离子体激元分散到类声子分散的转变。对于类等离子体激元模，色散在进入单粒子连续区时被电子-空穴对激发强烈阻尼，而类声子模是无阻尼的。在没有耦合的区域中，石墨烯2D等离子体表现出具有线性色散的声学行为，其斜率和阻尼由费米表面拓扑结构确定。
2009-10-14 cond-mat.mes-hall
Tunneling Plasmonics in Bilayer Graphene
我们报告了由于相邻石墨烯层之间的电子隧穿等离子体效应的实验签名。在亚纳米分离下，这样的层可以形成具有Bernal堆叠的强耦合双层石墨烯或具有随机堆叠顺序的弱耦合双层石墨烯。由于层间隧穿的影响在前一种情况下占主导地位，但在后者可以忽略不计。我们通过红外纳米成像发现，与单层和双层石墨烯相比，双层石墨烯支持具有更高限制程度的等离子体，这是层间隧穿的直接结果。此外，我们能够通过在宽电压范围内的门控关闭双层石墨烯中的等离子体激元。理论模型表明，这种等离子体激元关闭区域直接与双层石墨烯的带隙绝缘状态有关：这是层间隧穿的另一个含义。我们的工作揭示了双层石墨烯中的基本等离子体性质，并提出了在石墨烯少层中实现新型等离子体功能的可能性。
2015-08-31 cond-mat.mes-hall
Plasmon dissipation in gapped-graphene open systems at finite temperature
数值和封闭形式的解析表达式的等离子体色散关系和耗散率的第一次获得在有限温度下的自由站立的带隙石墨烯。这些封闭系统的结果被推广到一个开放的系统与库仑耦合的石墨烯电子的外部电子库。在这个开放系统中发现了新的等离子体激元模式以及新的等离子体激元耗散通道，包括由电子的热激发和带隙石墨烯中的能带隙的组合效应引起的显著修改。此外，可以通过调节石墨烯层与厚导体的表面之间的间隔来完全控制新的等离子体激元模式和附加的等离子体激元耗散的特性。数值计算结果的等离子体激元的频率在掺杂间隙石墨烯层的热偏移，以及其对局部环境的敏感性，进行了演示和分析。与等离子体激元的频移相关联的这种现象可以应用于晶体管和纳米等离子体激元结构中的局部电子温度的直接光学测量。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall
Graphene Terahertz Plasmon Oscillators
本文提出并讨论了基于二维石墨烯中电荷密度波（等离子体激元）放大的相干太赫兹光源。在粒子数反转的石墨烯层中等离子体激元与带间电子-空穴跃迁的耦合可以通过受激发射导致等离子体激元放大。石墨烯中的等离子体激元增益值可以非常大，这是由于等离子体激元的小群速度和等离子体激元场在石墨烯层附近的强限制。我们提出了一个传输线模型的等离子体激元在石墨烯中的传播，包括等离子体激元耗散和等离子体激元带间增益由于受激发射。使用这个模型，我们讨论了太赫兹等离子体激元振荡器的设计，并推导出振荡的阈值条件，同时考虑到内部损耗和由于外部耦合的损失。石墨烯中在太赫兹频率下可用的大增益值可以导致具有1-10微米范围内的尺寸的集成振荡器。
2007-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-plasmon absorption in graphene
我们发现，石墨烯具有很强的非线性光学响应的多等离子体吸收的形式，在经典和量子非线性光学的令人兴奋的影响。具体来说，我们预测石墨烯纳米带可以用作在远红外和太赫兹光谱中具有低饱和强度的可饱和吸收体。此外，我们预测，两个等离子体激元吸收和极端本地化的等离子体激元场在石墨烯纳米盘可以导致等离子体激元封锁效应，其中一个单一的量子化等离子体激元强烈抑制激发第二个等离子体激元的可能性。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical plasmon detection in graphene waveguides
我们提出了一个简单的设备架构，允许在石墨烯波导等离子体激元的全电检测。我们的电等离子体激元检测方案的关键原理是描述在室温下和在宽范围的载流子密度下石墨烯中的传输的流体动力学运动方程的非线性性质。这些非线性响应于传播的等离子体激元的振荡场而产生直流电压。为了说明的目的，我们计算的直流电压所产生的传播的最低能量模式在一个完全的分析方式。我们的全电等离子体探测器件架构为石墨烯等离子体波导在电子电路中的集成铺平了道路。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall
