Tunable plasmon modes in doped AA-stacked bilayer graphene
在最近邻紧束缚和无规相位近似下研究了掺杂AA堆叠双层石墨烯（BLG）中的等离子体激元模式。我们得到封闭的解析表达式的极化率函数，用于获得低能量的色散关系和数值计算结果的声学和光学等离子体模式。我们的研究结果揭示了AA堆叠的BLG可用作可调谐等离子体激元器件的潜力。特别是，我们发现，长波长的声学等离子体作为$ω_{+}\approx\sqrt{max(|μ|,t_{1})q}$分散与相空间的收缩和消失的化学势接近层间跳跃能量，防止存在的长寿命的声学等离子体。此外，我们表明，AA堆叠的BLG支持相干光学等离子体只有当条件$(1+\frac{g_σg_{v}e^{2}t_{1}d}{κv_{F}^{2}}\frac{|μ|}{t_{1}})^{1/2}<\frac{|μ|}{t_{1}}$满足，特别是指示朗道阻尼的光学等离子体在未掺杂的AA堆叠的BLG，即使在长波长限制。我们还发现，光学等离激元模式分散为$ω_{-}\approx Δ+Cq^{2}$与常数，可以通过调整化学势。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall
Surface plasmons in doped topological insulators
我们研究了正常电介质和拓扑绝缘体之间的平面界面处的表面等离子体激元，其中费米能位于拓扑绝缘体的体隙内，并产生了自由狄拉克电子的二维电荷分布。我们开发的等离子体激元色散的计算方法，使用经典电动力学的框架，与修改后的组成方程，由于霍尔电流的拓扑绝缘体，连同一个Lindhard型描述的二维电荷分布的自由狄拉克电子。对于Bi $_2$ X $_3$二元化合物的代表系统，我们发现与最近的相关工作，修改后的组分方程几乎没有影响的表面等离激元色散，但导致旋转的表面等离激元的界面平面的磁极化。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall
Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump-Probe Nanoscopy
抽运-探测光谱是探索基本激发、集体模式和能量转移过程的超快动力学的核心。通常使用传统的衍射限制光学进行，泵浦-探测实验固有地对局部化学、成分和电子不均匀性进行平均。在这里，我们规避这一缺陷，并介绍泵浦探测红外光谱与~20 nm的空间分辨率，远低于衍射极限，这是使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）完成。这种技术使我们能够在技术上显著的中红外（MIR）频率下研究SiO2上的剥离石墨烯单层，其中局部光学电导率通过经由s-SNOM尖端的表面等离子体激元的激发而变得实验上可访问。在近红外（NIR）频率下的光泵浦促使200飞秒（fs）时间尺度上的等离子体行为发生明显变化。泵诱导的，增强的等离子体响应的起源被确定为有效电子温度增加到几千开尔文，直接从与等离子体共振相关的Drude重量推导。
2014-02-24 cond-mat.mes-hall
Collective modes of doped graphene and a standard 2DEG in a strong magnetic field: linear magneto-plasmons versus magneto-excitons
在整数量子霍尔制度的掺杂石墨烯层揭示了一个非常不寻常的粒子-空穴激发光谱，这是从随机相位近似的动态极化率计算。我们发现，在一个磁场中的石墨烯中的基本中性激发是不同于那些标准的二维电子气（2DEG）：除了上混合模式，粒子-空穴光谱重组的线性磁等离子体，分散大致平行于$ω=v_F q$，而不是通常的水平（几乎无色散）磁激子。这些模式可以在非弹性光散射实验中检测到。
2009-07-25 cond-mat.mes-hall
Single wall carbon nanotubes as coherent plasmon generators
从理论上论证了小直径单壁碳纳米管中光激发激子产生低能表面等离子体激元放大的可能性。非辐射激子-等离子体激元能量转移导致相干局部表面等离子体激元的宏观布居数的积累，该相干局部表面等离子体激元与在纳米级整个纳米管表面形成的高强度相干局部场相关联。这些强的局部场可以用于碳纳米管的各种新的光电应用，包括近场非线性光学探测和传感，光学开关，增强电磁吸收和材料纳米级改性。
2012-01-16 cond-mat.mes-hall
Drude weight, plasmon dispersion, and a.c. conductivity in doped graphene sheets
我们表明，等离子体激元频率和德鲁德重量的电子液体在掺杂的石墨烯片强烈重整化的电子-电子相互作用，即使在长波长的限制。这种效应没有被通常用于描述电子流体的随机相位近似（RPA）捕获，并且是由于石墨烯的无质量狄拉克费米子的质心运动和赝自旋自由度之间的耦合。利用图解微扰理论的一阶电子-电子相互作用，我们表明，这种耦合增强了等离子体激元频率和德鲁德重量相对RPA值。我们还表明，相互作用是负责的一个显着增强的光学电导率在频率略高于吸收阈值。我们的预测可以通过远红外光谱或非弹性光散射来检验。
2011-01-22 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Emitter Interactions at the Nanoscale
等离子体激元-发射体相互作用在现代纳米等离子体激元学中是至关重要的，并且通常在短的发射体-表面分离处最大。然而，当间距低于10-20 nm时，经典理论逐渐恶化，因为它忽略了量子力学效应，如非局域性，电子溢出和朗道阻尼。在这里，我们展示了如何可以弥补这种忽视提出了一个统一的理论处理介观电动力学的框架上的Feibelman $d$参数接地。至关重要的是，我们的技术自然地结合了非经典共振位移和表面启用朗道阻尼-非局部阻尼效应-这对等离子体-发射极相互作用的振幅和光谱分布产生了巨大的影响。我们考虑了广泛的等离子体发射相互作用，从偶极和多极自发发射增强，等离子体辅助的能量转移和增强双光子跃迁。这里提出的形式主义给出了一个完整的帐户在纳米尺度上的等离子体激元和等离子体激元发射极相互作用，构成了一个简单而严格的和一般的平台，将非经典效应等离子体激元授权的纳米光子现象。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon mode modifies the elastic response of a nanoscale charge density wave system
研究了悬浮NbSe 3纳米线在电荷密度波相变过程中的弹性响应。共振器的纳米尺度导致大的共振频率（10-100 MHz），使激发的声子频率非常接近电子凝聚体的等离子体模式-在体系统中不可访问的参数窗口。声子和等离子体激元模式之间的相互作用强烈地改变了高频下的弹性性质。这在系统的纳米力学中表现为电荷密度波相位中的弹性模量的温度依赖性（12.8%的相对变化）中的尖峰。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of intraband plasmons in doped carbon nanotubes: rolled surface-plasmons of graphene
单壁碳纳米管具有两种不同类型的等离子体激元，由方位角和轴向方向的波数指定。人们已经研究了由带间跃迁引起的方位等离子体激元，而电荷掺杂的影响尚不清楚。在本文中，我们表明，当纳米管是重掺杂，带内跃迁导致的方位角等离子体出现在近红外区域的吸收光谱，这是不存在的光掺杂由于屏蔽效应的等离子体共振。纳米管的圆柱形波导结构中固有的轴向等离子体激元解释了在太赫兹区域中观察到的金属纳米管的吸收峰。轴向（方位角）等离子体激元的激发需要平行（垂直）于管轴的线性偏振光。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic Hot Electron Transport Driven Site-Specific Surface-Chemistry with Nanoscale Spatial Resolution
金属纳米结构附近电磁场的纳米尺度局域化是等离子体激元学的基础和应用。等离子体衰变不可避免的能量损失，最初被视为一种损害，现在已经扩大了等离子体应用的范围，以利用产生的热载流子。然而，这些热载流子的空间定位的定量理解，类似于电磁近场地图，一直难以捉摸。在这里，我们在空间上映射热电子驱动的还原化学与15纳米的分辨率作为时间和电磁场极化的函数，为不同的等离子体纳米结构。我们结合实验，采用六电子光回收过程，修改等离子体银纳米天线上的自组装单层的端基，从第一性原理计算的非平衡热载流子输运在这些系统中的理论预测。由此产生的本地化的反应区域，确定从高场区域的热载流子传输，铺平了道路，热载流子提取科学和纳米区域选择性表面化学。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Metal surface induces strong acoustic plasmons in chemically doped graphene
最近的理论研究表明，掺杂有碱金属（AC x）的独立石墨烯支持强狄拉克和弱声学等离子体。在这里，我们表明，当AC x沉积在金属表面上，强烈的库仑屏蔽完全洗出这些集体模式。然而，即使AC X和金属表面之间的分离的小的增加也会导致AC X等离子体特性的恢复，特别是在独立的情况下不存在的声等离子体强度的增强。我们进一步提供了这些有趣的现象的物理背景。所研究的系统由沉积在Ir（111）表面上的锂和铯掺杂的石墨烯组成。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Visualizing plasmon-exciton polaritons at the nanoscale using electron microscopy
极化激元是一种组成轻物质的准粒子，最近在量子和非线性光学以及材料科学方面取得了重大突破。然而，尽管取得了巨大的进展，直接在纳米尺度上观察极化激元仍然是一个公开的挑战。在这里，我们表明，等离子激元激子极化激元，或plexcitons，由一个单独的银纳米粒子和几层过渡金属dichalcogenide组成的混合系统产生的光谱可以映射与纳米空间分辨率使用电子能量损失谱在扫描透射电子显微镜。我们的实验揭示了有关耦合过程的重要见解，迄今为止还没有报道。这些包括拉比分裂和等离子体激子失谐的纳米级变化，以及吸收为主的消光信号，这反过来又提供了强耦合制度中的等离子体激子杂交的最终证据。这些发现为深入研究具有纳米空间分辨率的极化激元相关现象开辟了新的可能性。
2019-05-10 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
Tunable Intrinsic Plasmons due to Band Inversion in Topological Materials
能带反转在拓扑绝缘体和拓扑半金属中产生了丰富的物理效应。研究发现，具有墨西哥帽色散的反向能带结构可以增强带间关联，从而导致强的本征等离子体激元激发。它的频率范围从几个$\mathrm{meV}$到几十个$\mathrm{meV}$，并且可以通过外场进行有效的调谐。电子-空穴不对称项将等离子体激元激发的峰分裂成双峰。这种等离子体激元激发的命运和性质也可以作为探针来表征即使在轻掺杂系统中的拓扑相。我们数值模拟了带反转对三维强拓扑绝缘体，V-或Cr-掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$，支持量子反常霍尔态的磁掺杂薄膜中的等离子体激元激发的影响。因此，我们的工作揭示了一些新的光拓扑材料在等离子体激元的潜在应用。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall
Impurity assisted nanoscale localization of plasmonic excitations in graphene
使用确定随机相位近似内的非局部介电响应的实空间理论，计算原始和杂质掺杂的石墨烯的等离子体激元模式。一个完整的对角化的极化运营商进行，允许提取其所有极点。它演示了如何杂质诱导形成的本地化模式是不存在的原始石墨烯。讨论了局域等离子体激元的空间调制和频率对电子填充和杂质强度的依赖关系。此外，它示出的化学势和杂质强度可以调谐到控制的局域模式的目标功能。这些预测可以通过扫描隧道显微镜实验进行测试。
2010-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Intersubband plasmon excitations in doped carbon nanotubes
我们从理论上研究了掺杂单壁碳纳米管（SWNTs）中的子带间等离子体激元激发，通过研究等离子体激元频率对纳米管直径、手性和费米能的依赖关系。子带间等离子体激元可以被偏振垂直于纳米管轴的光激发，因此等离子体激元激发对应于两个不同子带之间的光学跃迁，这对费米能敏感。在每一个单壁碳纳米管中，这种机制导致出现的光学吸收峰的等离子体频率为一个给定的费米能量，$E_F$。对许多直径为$d_t < 2$ nm的单壁碳纳米管计算的等离子体激元频率表现出对$(1/d_t)^{0.7}$的依赖性，并且频率进一步受到费米能的影响，如$E_F^{0.25}$。有了这些知识，就有可能开发出掺杂单壁碳纳米管中的子带间等离子体激元激发图，这对快速估计掺杂水平是有用的，也是表征纳米管手性的另一种方法。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon modes in the magnetically doped Single Layer and Multilayers of Helical Metals
我们研究了出现在拓扑绝缘体表面的磁性掺杂单层和多层"螺旋金属“的等离子体激元激发和电磁响应。对于单层的情况下，我们发现了一个“自旋等离子体”模式与旋转的自旋纹理由于“螺旋金属”的自旋动量锁定和霍尔响应磁化的组合。对于多层膜的情况下，我们调查的电磁响应，由于等离子体激元激发，包括法拉第旋转的光传播垂直于螺旋金属层和一个额外的光学模式与传统的等离子体激元间隙内的频率沿螺旋金属层传播的光。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Surface plasmon-mediated nanoscale localization of laser-driven sub-THz spin dynamics in magnetic dielectrics
利用飞秒激光脉冲实现自旋的超快全光控制是光子学和磁学交叉点的研究热点之一，直接影响着未来的磁纪录。揭示光辅助记录机制，以增加位密度超过衍射极限，而不过度加热的记录介质是一个开放的挑战。在这里，我们表明，在混合金属-电介质结构中的表面等离子体激元极化激元可以提供反法拉第效应的空间限制，介导的激发本地相干自旋旋进0.41太赫兹频率。我们证明了两个数量级的增强的激发效率在表面等离子体共振内的100 nm层的介电石榴石。我们的发现拓宽了超快自旋等离子体的视野，并打开了通往纳米尺度非热光磁纪录的途径。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Semiconductor quantum plasmons for high frequency thermal emission
重杂质半导体层中的等离子体激元是光学活性激发，其在5-15 μ m波长区域中具有由掺杂水平和有效质量设定的尖锐共振。在这里，我们表明，体积等离子体激元可以形成在掺杂层的宽度为数百纳米，而不需要的电子限制的势垒。它们与光的强相互作用使它们成为完美的吸收体，因此适合白炽灯发射。此外，通过在掺杂层中注入微波电流，我们可以调制电子气的温度。我们已经制作了高频热发射器件，并测量了高达50 MHz的白炽发射，受到我们的检测器的截止的限制。我们的理论模型很好地再现了与频率相关的热发射，该模型使我们设想了几十GHz的截止频率。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Phonon Hybridization in Doped Semiconductors from First Principles
本研究针对掺杂半导体中等离激元与声子的非绝热杂化及相互屏蔽的第一性原理研究空白，通过将戴森方程转化为等效阻尼振子的频率无关动力学矩阵实现计算，结果与拉曼数据吻合，为相关光谱实验提供理论参考。
2024-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-range plasmon-assisted energy transfer over doped graphene
我们证明了掺杂单层石墨烯中的纵向等离子体激元可以介导附近荧光团之间的高效长程能量转移，例如，半导体量子点我们推导出一个简单的分析表达式的能量转移效率，包括所有涉及的基本过程。我们进行数值计算的转移效率为一对PbSe量子点附近的石墨烯的荧光团间的距离高达1 $μ$米，并发现等离子体辅助的远程能量转移可以增强高达一个因子的$\sim10^4$相对于福斯特的转移在真空中。
2012-12-25 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
Characterizing localized surface plasmons using electron energy-loss spectroscopy
电子能量损失谱（EELS）提供了一个窗口，查看纳米级的性能和过程。当在扫描透射电子显微镜中进行时，EELS可以同时呈现具有亚纳米空间分辨率的纳米级物体的图像，并将它们与$\sim10 - 100$ meV光谱分辨率的光谱信息相关联。因此，EELS是一个近乎完美的工具，用于理解单个和少粒子等离子体金属纳米粒子组装体的光学和电子特性，这在广泛的领域中是重要的。本文综述了基本等离子体激元和EELS理论的概述，并强调了最近几个值得注意的实验，涉及等离子体激元金属纳米粒子系统的电子束审讯。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall
Nonreciprocal rotating power flow within plasmonic nanostructures
我们从理论上探讨了嵌入磁光材料中的亚波长等离子纳米结构内电磁场的非互易近区操纵的概念。我们推导出一个分析模型，预测一个强大的，磁光诱导的时间反演对称性破缺的局部等离子体共振拓扑对称结构。我们的等离子体激元激发的数值模拟揭示了相当大的近区功率流旋转在这样的混合纳米结构，表现出纳米非互易性。这可以被认为是在纳米尺度上调谐等离子现象的另一种机制。
2012-12-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-field Electrical Detection of Optical Plasmons and Single Plasmon Sources
光子电路可以比电子电路快得多，但它们很难在光波长尺度以下被放大。基于表面等离子体激元（SP）的纳米级光子电路是解决这个问题的一个很有前途的方法，因为它们可以使光在衍射极限以下局域化。然而，在SP的定位和利用常规远场光学器件可以检测到SP的效率之间存在一般的折衷。在这里，我们描述了一种新的全电SP检测技术的基础上引导等离子体激元和纳米线场效应晶体管之间的近场耦合。我们使用的技术，以电检测从一个单独的胶体量子点耦合到SP波导的等离子体发射。我们的探测器是纳米级和高效的（0.1电子/等离子体），等离子体门控效应可用于放大信号甚至更高（高达50电子/等离子体）。这些结果使新的芯片上的光学传感应用，是一个关键的一步，“黑暗”optoplasmonic纳米电路中，SP可以产生，操纵和检测，而不涉及远场辐射。
2009-04-22 cond-mat.mes-hall
Quantum plasmons with optical-range frequencies in doped few-layer graphene
虽然等离子体振子模式存在于掺杂的石墨烯中，但是通过选通实现的有限的掺杂范围将等离子体振子频率限制在不包括可见光和红外线的范围内。在这里，我们表明，通过使用第一性原理计算，在双层和三层石墨烯中的锂嵌入实现的高水平的掺杂将等离子体频率转移到可见光范围内。为了获得物理上有意义的结果，我们引入了一个修正的影响，等离子体相互作用的真空分离周期性图像的掺杂石墨烯层，透明的边界条件在垂直于层的方向，这代表了一个显着的改进，在早期的作品中采用的精确库仑截止技术。产生的等离子体激元模式是由于局部场效应和材料对外部电磁场的非局部响应，需要完全量子力学处理。我们描述了这些量子等离子体激元的特性，包括色散关系、损耗和场局域化。我们的研究结果指出了一种微调石墨烯和其他二维材料中等离子体频率的策略。
2018-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Purcell effect observed in single thick shell CdSe/CdS nanocrystals coupled to localized surface plasmons
设计成纳米级精度的高品质因数电介质腔主要用于增加单个发射器的自发发射率。在这里，我们表明，在室温下，厚壳的CdSe/CdS纳米晶体和随机金属薄膜之间的耦合提供了一个非常有前途的替代方法。限制在纳米尺度的光学模式诱导强的Purcell因子达到高达60的值。此外，量子发射特性可以定制：可以获得强反聚束或辐射双激子级联，具有高光子收集效率和极低的闪烁。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall
Nanoscale engineering of optical strong coupling inside metals
当材料激发强烈耦合到光学模式时，就会出现光学极化激元。分子跃迁和光学腔之间的这种强耦合导致了改变化学物质基本性质的深远机会。最近，一个令人兴奋的前景出现了无腔极化激元的物质维持其几何光学模式。在这里，我们展示了如何强耦合的带间跃迁和表面等离子体可以在纳米级的镍工程实现金属内的无腔光学极化激元。使用电子能量损失谱，我们表明，在薄膜和纳米天线的传播和辐射损失的结果在加宽的等离子体激元线宽和从强到弱的耦合过渡。此外，高阶等离子体激元共振耦合到带间跃迁，并且多极耦合态获得等离子体激元的场分布。我们的研究结果提供了一个基本的理解等离子体带间耦合的金属和不可预见的光催化和磁光纳米系统的设计奠定了基础。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tailoring Light-Matter Interaction with a Nanoscale Plasmon Resonator
我们提出并证明了一种新的方法，实现强大的光与物质的相互作用与量子发射器。我们的方法利用等离子体共振器组成的无缺陷，高度结晶的银纳米线包围图案化的介质分布布拉格反射器（DBR）。这些谐振器具有比衍射极限低两个数量级的有效模体积（Veff）和接近100的品质因数（Q），使得能够在腔谐振处将自发发射率提高超过75倍。我们还表明，这些谐振器可以用来转换一个宽带量子发射器的窄带单光子源的颜色选择性发射增强。
2012-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tuning plasmon excitations in pure and transition metal-doped arrays of noble metal nanochains
采用含时密度泛函理论（TDDFT）方法研究了不同耦合链数和不同过渡金属（TM）原子掺杂情况下耦合贵金属纳米链的等离子体性质.我们发现，随着阵列中链的数量增加，等离子体激元峰从亚电子伏特向可见光范围移动。随着TM原子掺杂的增加，可见吸收带变宽，这是由于形成了额外的等离子体峰。的光学响应是非常敏感的掺杂原子的类型，它们的数量和位置，特别是，额外的峰值是最明显的情况下，弱掺杂时，它们对应于本地等离子体振荡周围的杂质原子。这些效应有可能用于各种现代技术，从传感器到太阳能电池。大多数纳米等离子体效应的研究都集中在碱金属和贵金属系统与扩展的s-电子状态，而据信，掺杂TM原子与其更本地化的电荷作为一项规则，导致衰减的等离子体模式。我们表明，TM原子可以发挥建设性的作用，在等离子体激元产生的小链系统，等离子体激元模式，甚至可以出现在一些纯TM纳米链。
2014-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Gate-tunable infrared plasmons in electron-doped single-layer antimony
本文报道了单层锑晶体（锑烯）中集体电子激发的理论研究，锑是一种具有强自旋轨道耦合的新型二维半导体。紧束缚模型的基础上，我们认为电子掺杂的锑烯和证明的自旋轨道效应与外部偏压的组合产生了奇特的等离子体激元激发在中红外光谱范围。这些激发的特点是低损耗和负色散的频率有效地通过掺杂和偏置电压可调。所观察到的行为归因于导带的自旋分裂，其诱导带间共振，从而影响集体激发。我们的研究结果开辟了开发具有高可调谐性的等离子体和光电子器件的可能性，在技术相关的光谱范围内工作。
2018-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant enhancement of silicon plasmonic SWIR photodetection using nanoscale self-organised metallic films
许多消费者技术和科学方法依赖于红外线的光电检测。我们报道了一个肖特基光电探测器工作在硅的带隙能量以下，通过热载流子注入从纳米金属吸收。我们的设计依赖于简单的CMOS兼容的“自下而上”的分形纳米结构铝膜的制造。由于纳米结构的分形性质，铝膜在宽波长范围内支持等离子体增强吸收。我们证明了两个数量级的改善响应度，噪声等效功率，和探测率相比，散装金属，在广泛的光谱和角度范围。我们把这归因于纳米分形几何的动量弛豫过程。具体来说，我们证明了量子效率的提高和结构参数，如周长表面比之间的直接联系。最后，我们的设备还可以用作体折射率传感器。我们的方法是一个有前途的候选人，未来的成本效益和强大的短波红外光电探测和传感应用。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Drude weight, plasmon dispersion, and pseudospin response in doped graphene sheets
普通电子液体中的等离子体激元是集体激发，其长波长极限是具有色散关系的刚性质心运动，该色散关系由于伽利略不变性而未被多体效应重整化。长波长的等离子体激元频率与电子-液体的Drude峰上的电导率的积分通过f-和规则相关，这意味着传输性质也倾向于不具有重要的电子-电子相互作用重整化。在这篇文章中，我们证明了等离子体激元频率和德鲁德重量的电子液体在掺杂的石墨烯片，这是由一个无质量的狄拉克哈密顿量，而不是不变的普通伽利略助推下，强烈重整化，即使在长波长的限制。通常用于描述电子流体的随机相位近似（RPA）没有捕获这种效应。这主要是由于非本地带间交换的相互作用，其中，正如我们所示，降低等离子体频率和德鲁德重量相对RPA值。我们的预测可以使用非弹性光散射或红外光谱进行检查。
2009-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Surface plasmons for doped graphene
在石墨烯电子激发的Dirac模型中，我们计算了具有有限质量和化学势的全极化张量。除了（00）分量之外，它还具有第二个形状因子，这必须被考虑。我们得到明确的公式为形状因子和反射系数。利用这些，我们讨论了在动量-频率平面中等离子体激元可能存在的区域，并给出了等离子体激元色散关系的数值解。事实证明，在质量与化学势之比的整个范围内，TE和TM偏振都存在等离子体激元，除了零化学势，其中仅存在TE等离子体激元。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Plasmon-enhanced optical control of magnetism at the nanoscale via the inverse Faraday effect
本研究通过圆偏振飞秒激光激发金纳米盘产生局部磁场，利用逆法拉第效应实现了对相邻磁性薄膜磁化的超快纳米尺度光学控制，并发现偏离共振波长激发可避免多余加热，为纳米自旋电子器件的光驱动控制提供了新途径。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum plasmons and intraband excitons in doped nanoparticles: Failure of the Tamm-Dancoff approximation and importance of electron-hole attraction
我们使用激发态量子化学技术来研究杂质半导体纳米粒子的带内吸收作为掺杂密度、纳米粒子半径和材料性质的函数。多余的电子被建模为相互作用的粒子被限制在一个球体。我们比较了各种单激发理论的预测，包括含时Hartree-Fock，随机相位近似，和配置与单激发的相互作用。我们发现，时间依赖的Hartree-Fock最准确地描述了字符的激发，相比运动方程耦合集群理论与单，双激发。随着固定密度下电子数量的增加，激发从限制主导的、激子的、等离子体激元的演变，并且产生等离子体激元的电子的阈值数量由于量子限制而随着密度增加。交换积分（吸引电子-空穴相互作用）对于正确描述激子和去激（即~避免Tamm-Dancoff近似）对于正确地描述等离子体是必不可少的。我们提出了一个示意性的模型，其解析解密切再现我们的数值计算。我们的研究结果与掺杂浓度为$1.4\times 10^{20}$ cm $^{-3}$的掺杂ZnO纳米粒子的实验光谱符合得很好。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Optical study of lithographically defined, subwavelength plasmonic wires and their coupling to embedded quantum emitters
我们提出了一个光学调查的表面等离子体激元传播沿纳米金线，光刻限定在GaAs衬底上。一个两轴共聚焦显微镜被用来执行空间和偏振分辨测量，以确认引导表面等离子体激元的长度范围从$5-20 μm$沿纳米线的横向尺寸只有$\approx 100 nm$。有限差分时域模拟用于证实我们的实验观察，并强调潜在的近端量子点发射器耦合到传播等离子体激元模式在这样的极端亚波长设备。我们的研究结果是基于半导体的集成等离子体和有源量子等离子体纳米系统，合并量子发射器与纳米等离子体元件的发展具有很强的相关性。
2014-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong plasmon-molecule coupling at the nanoscale revealed by first-principles modeling
由于新兴的量子和非线性光学应用以及改变材料相关性质的机会，单发射极和集体强耦合机制中的强光物质相互作用引起了人们的广泛关注。这些现象的进一步探索需要一个适当的理论方法，这是苛刻的，因为极化激元是量子光学，固态物理和量子化学之间的交叉点。然而，幸运的是，纳米级极化激元可以在小的等离子体分子系统中实现，这在原则上允许使用从头算方法来处理它们，尽管这迄今为止还没有得到证明。在这里，我们表明，时间依赖的密度泛函理论（TDDFT）计算可以访问纳米等离子体分子混合物的物理和预测真空拉比分裂的系统，包括一个几百个原子的铝纳米粒子与一个或几个苯分子相互作用。我们表明，腔量子电动力学的方法举行了几个立方纳米的顺序谐振器，产生一个单分子耦合强度超过200毫电子伏，由于大量的真空场值为4.5 V/nm。从更广泛的角度来看，我们的方法使无参数的深入研究极化激子系统，包括基态，化学和热力学修改的分子在强耦合制度，这可能会发现重要的用途在新兴的应用，如腔增强催化。
2019-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Impacts of Surface Depletion on the Plasmonic Properties of Doped Semiconductor Nanocrystals
简并杂质半导体纳米晶体（NC）在电磁波谱的红外范围内表现出局域表面等离子体共振（LSPR）。与金属不同，半导体NC通过掺杂或通过电化学或光化学充电提供可调的LSPR特性。通过载流子密度调制来调节等离子体特性表明了其在智能光电子学、催化和传感方面的潜在应用。在这里，我们阐明了LSPR调制的基本方面，通过动态载流子密度调谐在Sn掺杂氧化铟NC。合成了具有不同掺杂水平和尺寸的单分散Sn掺杂氧化铟纳米碳，并组装成均匀的薄膜。然后在原位电化学电池中对NC膜充电，并监测LSPR调制光谱。基于LSPR的光谱位移和强度调制，结合光学建模，发现经常被忽视的半导体性质，特别是由于掺杂和表面状态引起的能带结构修改，强烈影响LSPR调制。费米能级钉扎的表面缺陷状态创建一个表面耗尽层，改变LSPR的属性，它决定了LSPR频率调制的程度，减少预期的近场增强，并大大降低了LSPR对周围环境的敏感性。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum Plasmonics
量子等离子体是一个快速发展的研究领域，涉及光的量子特性及其与纳米级物质的相互作用的研究。在这里，表面等离子体激元-电磁激发耦合到金属-电介质界面上的电子电荷密度波或定位在金属纳米结构上-使光的限制范围远远低于传统光学。本文综述了表面等离子体激元量子特性的实验和理论研究的最新进展，它们在量子水平上控制光-物质相互作用的作用和潜在的应用。量子等离子体开辟了一个新的前沿，在表面等离子体的基础物理学和实现量子控制的设备，包括单光子源，晶体管和超紧凑的电路在纳米级的研究。
2013-12-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale Determination of the Mass Enhancement Factor in the Lightly-Doped Bulk Insulator Lead Selenide
铋硫族化物和碲化铅/硒化铅合金具有优异的热电性能，可用于发电和器件应用。由于声子在实现这些所需特性方面起着重要作用，因此量化声子和电子之间的相互作用（编码在材料的Eliashberg函数中）非常重要。然而，由于缺乏当地的实验探测器，其精确提取在一定程度上受到限制。在这里，我们构建了一种方法，直接提取的Eliashberg功能使用朗道能级光谱，并证明其适用于轻掺杂的热电体绝缘体PbSe。除了它的高能量分辨率仅限于热展宽，这种新的实验方法可以用来检测在纳米尺度上的质量增强因子的变化。因此，它开辟了一个新的途径，研究化学缺陷，表面掺杂和应变的质量增强因子的影响。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of plasmon-enhanced Foerster energy transfer in optically-excited semiconductor and metal nanoparticles
我们描述了在金属子系统（金属纳米晶体）的存在下，半导体纳米粒子之间的Foerster转移的过程。在金属纳米晶体的存在下，Foerster过程可以变得更快，更长。Foerster转移的增强是由于等离子体辅助放大纳米级组件内的电场的效果而发生的。同时，金属纳米晶体导致在Foerster转移过程中的能量损失增加。在等离子体共振的激励下，我们推导出了能量转移率、光致发光强度和能量耗散率的方便方程。由于金属的强耗散，等离子体增强的Foerster转移的实验观察需要特殊的条件。作为可能的实验方法，我们考虑连续波和时间分辨的光致发光研究，并描述了观察等离子体增强转移的条件。特别是，我们表明，光致发光光谱应仔细分析，因为等离子体增强的福斯特效应可以出现在一起与强激子能量耗散。我们的研究结果可以应用到各种实验纳米系统。
2007-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmons in phosphorene nanoribbons
本研究基于第二性原理理论框架，揭示了磷烯纳米带中等离激元在边缘终止和掺杂极性上的高可调谐性，能在中等掺杂下驱动高效高次谐波产生，确立了其作为非线性等离激元学多功能材料的地位。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dopant-induced plasmon decay in graphene
化学掺杂的石墨烯可以支持高达电信甚至可见频率的等离子体激元激发。除此之外，掺杂剂的存在可能影响石墨烯中的电子散射机制，从而影响等离子体衰减速率。在这里，我从第一原理研究这些影响在单层和双层石墨烯掺杂各种碱金属和碱土金属。我发现新的掺杂剂激活的阻尼通道：由于平面外的石墨烯和平面内的掺杂剂的振动，和石墨烯和掺杂剂状态之间的电子跃迁的损失。后者激发与石墨烯等离子体相互作用，并一起形成新的混合模式。该研究指出，这些特征强烈依赖于掺杂剂的类型和层数，这可以用作未来石墨烯等离子体器件的调谐机制。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-electron dynamics in plasmonic nanostructures
本综述聚焦等离子体纳米结构中的热电子动力学，阐述其产生机制、理论与实验研究方法，以及相关效应在多领域的应用，为相关未来技术发展提供基础支撑。
2023-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon mode as a detection of the chiral anomaly in Weyl semimetals
Weyl半金属是一类在动量空间中具有非平凡拓扑的三维无隙半金属。外尔半金属中的手征反常表现为平行电场和磁场诱导的相反手征的外尔节点之间的电荷不平衡。在无规相位近似下，我们研究了手征反常对本征和掺杂Weyl半金属中等离激元模的影响。我们证明了手征异常引起的内禀外尔半金属不同的等离子体振子模式。我们还发现手征反常导致了掺杂外尔半金属等离子体激元色散的一些奇异性质。因此，非常规的等离子体激元模式作为一个签名的手征异常外尔半金属，等离子体激元的光谱提供了一个适当的方式来检测的Lifshitz转变。
2015-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dielectric screening and plasmons in AA-stacked bilayer graphene
在无规相位近似下研究了AA-堆叠双层石墨烯的屏蔽特性和集体激发（等离子体激元）。而在单层石墨烯和AB-堆叠的双层石墨烯中的长寿命的等离子体激元可以仅存在于掺杂的样品中，我们发现相干等离子体激元可以分散在AA-堆叠的双层石墨烯{ \it即使在没有掺杂的情况下}。此外，我们表明，特征低能量色散关系是不受载流子数量的变化，除非掺杂样品的化学势超过层间跳跃能量。我们进一步考虑的外部电场施加垂直的层的效果，并显示如何的模式的色散可以通过施加栅极电压进行调谐。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical excitation of bulk plasmons in n-doped InAsSb thin films : investigating the second viscosity in electron gas
研究通过流体动力学模型和优化算法，实现对重掺杂半导体中电子气第二粘性及等离子体共振的高精度建模与分析。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Graphene/$α$-RuCl$_3$: An Emergent 2D Plasmonic Interface
石墨烯/ $α$异质结构中的功函数介导的电荷转移已经被提出作为用于产生高度掺杂的2D界面的策略。在这种几何结构中，石墨烯应该被充分掺杂以容纳表面和边缘等离子体激元-极化激元（分别为SPP和EPP）。作为频率和温度的函数的SPP和EPP行为的表征可用于同时探测层间电荷转移的幅度，同时提取界面掺杂的$α$ $_3$的光学响应.我们使用扫描近场光学显微镜（SNOM）结合第一性原理DFT计算来实现这一点。这揭示了大量的层间电荷转移（2.7 $\times$ 10 $^{13}$ cm $^{-2}$）和由于显著的电子掺杂而在$α$ $_3$中增强的光学电导率.我们的研究结果提供了一个一般的战略，在扫描探针可访问的几何形状，而不需要一个静电门的2D限制产生高掺杂等离子体界面。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Advances in ultrafast plasmonics
该综述探讨了超快等离激元学的现状与前景，涵盖了利用等离激元在纳米尺度上监测和控制超快光学与电子过程的方法、多功能应用及相对论领域的新进展。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetoplasmonics: current challenges and future opportunities
本文回顾了纳米级磁等离激元学的最新进展、挑战与未来机遇，探讨了在受限几何结构中融合磁性与等离激元以实现相互控制的新兴方向，并展望了中红外光驱动自旋电子学及新材料等前沿发展。
2022-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photonic p-n Junction: An Ideal Near-Field Heat Flux Modulator
利用一对由纳米级真空间隙隔开的p型和n型半导体，我们介绍了一种光电子元件原型，“光子pn结“，作为电子pn结的模拟物，它被证明是一种理想的近场热流调制器。高调制性能依赖于三种基本光子-载流子相互作用模式（即，表面等离子激元、对称耗尽内部等离子激元和对称累积表面等离子激元），这是由在可调偏压下表面附近的空穴和电子密度的变化引起的。该原型不仅为纳米尺度下的非接触式热管理提供了新的思路，而且为设计处理等离子体激元携带信息的光电子器件提供了新的思路。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
