Telecommunication wavelength confined Tamm plasmon structures containing InAs/GaAs quantum dot emitters at room temperature
Quantum Engineering Technology Laboratories, H. H. Wills Physics Laboratory and Department of Electrical and Electronic Engineering, University of Bristol（布里斯托大学量子工程技术实验室、H.H.威尔斯物理实验室和电气电子工程系）；EPSRC National Epitaxy Facility, Centre for Nanoscience and Technology, University of Sheffield（谢菲尔德大学纳米科技中心EPSRC国家外延设施）
本研究展示了一种在室温下通过调节盘直径实现电信波长受限Tamm表面等离子体共振的结构，利用InAs/GaAs量子点显著增强光致发光，为可扩展的量子点电信设备提供新平台。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall
Ultra-confined acoustic THz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy
太赫兹（THz）场被广泛应用于传感、通信和质量控制。在未来的应用中，它们可以通过石墨烯等离子体激元（GP）的激发被有效地限制，增强和操纵-远低于经典的衍射极限。这些可能性来自与光子波长1。相比强烈降低的GP波长lp，其可以通过经由电选通调制石墨烯的载流子密度来控制。最近，已经预测石墨烯-绝缘体-金属配置中的GP表现出线性色散（因此称为声学等离子体激元）和进一步减小的波长，这意味着改进的场约束，类似于导电衬底附近的二维电子气（2DEG）中的等离子体激元。虽然红外GP已经通过散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）可视化，但到目前为止，石墨烯和2DEG中强烈限制的THz等离子体激元的真实空间成像一直难以捉摸-仅观察到具有接近自由空间波长的GP。在这里，我们展示了真实空间成像的声学太赫兹等离子体在石墨烯光电探测器与分裂门架构。为此，我们引入纳米尺度分辨太赫兹光电流近场显微镜，其中近场激发的GP检测热电，而不是光学。片上GP检测简化了GP成像，因为可以避免复杂的s-SNOM检测方案。光电流图像揭示了强烈降低的GP波长（lp = 10/66），由GP与石墨烯下方的金属栅极耦合引起的线性色散，以及正载流子密度下的等离子体激元阻尼由库仑杂质散射主导。因此，声学GPS可以大大有利于深亚波长尺度THz器件的发展。
2017-01-13 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
Multiple Excitation of Confined Graphene Plasmons by Single Free Electrons
我们发现，自由电子可以有效地激发掺杂石墨烯中的等离子体，每个电子的概率为一阶，更准确地说，我们预测在石墨烯纳米结构中的单个受限等离子体模式的多个激发。这些前所未有的大的电子等离子体激元耦合解释使用一个简单的标度定律，并进一步研究通过一般的量子描述的电子等离子体激元相互作用。从基本的观点来看，由单个电子激发的多个等离子体激元为探索这些集体模式的玻色子量子性质提供了独特的工具。我们的研究不仅为单电子多重激发单等离子体模式开辟了一条可行的道路，而且还揭示了石墨烯纳米结构是使用电子探针生产，检测和操纵等离子体的理想系统。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Edge and surface plasmons in graphene nanoribbons
我们报告的纳米红外（IR）成像研究内的图案化的石墨烯纳米带（GNRs）制作高品质的化学气相沉积（CVD）的石墨烯在氧化铝基板上的限制等离子体激元模式。这些带状物的受限几何形状导致不同的模式图案和强场增强，这两者都随着带状物宽度系统地演变。此外，在中红外850-1450 cm-1的光谱纳米成像使我们能够评估基板声子对等离子体激元阻尼的影响。此外，我们观察到边缘等离子体激元：奇特的一维模式严格沿着我们图案化的石墨烯纳米结构的边缘传播。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall
Plasmon reflections by topological electronic boundaries in bilayer graphene
在双层石墨烯中分隔AB和BA层间堆叠区域的畴壁作为结构孤子、拓扑电子边界和纳米级等离子体散射体的新例子引起了人们的注意。我们表明，强耦合域壁的红外纳米成像实验中观察到的表面等离子体是由于拓扑手性模式局限于墙壁。这些手征模之间的光学跃迁和连续带增强了局域交流电导率，这导致了畴壁的等离子体反射。成像揭示了两种等离子体驻波干涉图案，我们归因于剪切和拉伸畴壁。我们计算的电子结构的两个壁品种，并表明，拉伸壁包含额外的限制带产生的局部导电性的结构特定的对比。计算的等离子体干涉轮廓与我们的实验定量一致。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall
Extremely confined gap surface plasmon modes excited by electrons
高空间和能量分辨率EELS可以用于详细表征由金属纳米结构支持的局部和传播表面等离子体激元激发，从而深入了解各种等离子体效应中涉及的基本物理现象。在这里，应用EELS在金超尖锐的凸槽，我们直接探测极其有限的间隙表面等离子体激元（GSP）模式激发的快速电子在纳米宽的差距。实验和理论EELS数据都揭示了与反对称（相对于横向电场分量）GSP模式的激发相关的共振行为，其间隙宽度非常小，低至~5 nm。有人认为，这种模式的激发，具有非常强的吸收，在实验实现的非共振光吸收的超尖锐的凸槽与制造诱导的不对称性起着至关重要的作用。在具有极端光限制的等离子体激元波导中利用的反对称GSP模式以及基本GSP模式的出现是在等离子体激元纳米光子电路和器件的设计中应该考虑的非常重要的因素。
2013-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Direct Observation of Plasmon Band Formation and Delocalization in Quasi-Infinite Nanoparticle Chains
金属纳米颗粒的链维持强约束的表面等离子体，具有相对低的介电损耗。为了在应用中利用这些特性，例如波导，制造低无序的长链和彻底理解等离子体模式特性，例如色散关系，是必不可少的。在这里，我们使用褶皱模板进行定向自组装来组装金纳米颗粒链。利用这种可升级的方法，可以制造从两个颗粒（140 nm）到20个颗粒（1500 nm）以及更大的链长度。电子能量损失谱支持的边界元模拟，时域有限差分，和一个简化的偶极耦合模型揭示了一个带的等离子体波导模式的退化单粒子模式的详细演变。在与等离子体激元棒状结构的显著差异中，等离子体激元带被限制在激发能中，这允许低于衍射极限的光操纵。非简并表面等离子体激元模式显示出抑制的辐射损失，有效的能量传播超过1500 nm的距离。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall
Extremely confined gap plasmon modes: when nonlocality matters
从历史上看，等离子体领域一直依赖于经典电动力学的框架，即使在处理纳米级金属结构时也应用材料响应的局部响应近似。然而，当接近电磁辐射的原子尺度约束时，预期介观效应变得可观察到，例如，与电子气的非局部电动表面响应相关的那些。我们研究非局域效应在传播间隙表面等离子体模式的金属-电介质-金属平面波导，利用单晶金片分离的原子层沉积的氧化铝。我们使用扫描近场光学显微镜直接访问近场的这种限制间隙等离子体激元模式和测量它们的色散关系（通过其复值传播常数）。我们将我们的实验结果与广义非局部光学响应理论的预测进行比较，以揭示非局部阻尼的签名，这对于较小的介电间隙变得明显。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Highly Confined Hybrid Spoof Surface Plasmons in Ultra-thin Metal/Dielectric Heterostructures
高度限制的“欺骗”类表面等离子体（SSP）模式的理论预测存在于一个穿孔的金属薄膜涂有一个薄的电介质层。强模限制是由层的附加波导引起的。光谱特性，场分布，和这些SSP的寿命是可调的孔的大小和形状。SSP存在于光线的上方和下方，提供两类应用：“完美”的远场吸收和有效发射到导模。实验表明，这些类等离子体激元模式可以将薄的、弱吸收的半导体薄膜变成理想的吸收体。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Enhanced single photon emission from positioned InP/GaInP quantum dots coupled to a confined Tamm-plasmon mode
我们报告的增强的自发发射在可见光的红色光谱范围内从站点控制的InP/GaInP量子点的共振耦合到Tammplasmon模式下的混合金属/半导体结构中的金盘限制。发射强度的增强证实了空间分辨microphotoluminescence区域扫描和温度依赖性测量。从我们的耦合系统的单光子发射验证通过二阶自相关测量。我们观察到明亮的单量子点发射高达每秒173000检测到的光子在82 MHz的激发源的重复率，并计算我们的设备的提取效率高达7%。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly confined low-loss plasmons in graphene-boron nitride heterostructures
石墨烯等离子体被预测同时具有超强的场约束和非常低的阻尼，使深亚波长超材料，单光子非线性，非常强的光-物质相互作用和纳米光电开关的新型器件成为可能。虽然所有这些伟大的前景都需要低阻尼，但到目前为止，观察到了强等离子体阻尼，石墨烯中的杂质散射和多体效应都被认为是可能的解释。随着范德华异质结构的出现，已经开发了将石墨烯与其他原子平坦材料集成的新方法。在这封信中，我们利用近场显微镜图像传播的等离子体在高品质的石墨烯封装在两个薄膜的六方氮化硼（h-BN）之间。我们确定色散，特别是等离子体激元阻尼在真实空间。我们发现了前所未有的低等离子体激元阻尼结合强场约束，并确定了主要的阻尼通道作为内在的热声子在石墨烯和介电损耗的h-BN。对低等离子体激元阻尼的观测和深入理解是石墨烯纳米光子和纳米光电子器件发展的关键。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Temperature and Doping on Plasmon Excitations for an Encapsulated Double-Layer Graphene Heterostructure
我们进行了全面的分析时出现的一对片材被限制在导电材料之间的石墨烯等离子体的光谱。通过调节石墨烯层之间的间隔、能带隙以及二维（2D）层周围的导电介质中的载流子的浓度，可以在纳米尺度上的光操纵中采用相关联的增强的局部场。我们提出了一种理论形式主义，基于表面响应函数的计算，用于确定封装的2D层对的等离子体光谱，并将其应用于石墨烯。我们解决的耦合方程，涉及的连续性的电势和不连续的电场在界面分离的混合结构的组成部分。我们比较了封装的带隙和无隙石墨烯的等离子体激元模式。耦合到“三明治”系统的相关非局域石墨烯等离子体光谱显示出线性声学等离子体模式以及对应于相邻2D电荷密度的同相振荡的低频模式。这些计算是相关的研究通过等离子体激元激发时，石墨烯被限制在一对厚的导电材料的能量转移。
2017-09-01 cond-mat.mes-hall
Ultra-confined q2/3- plasmons and optical properties of graphene-transition metal dichalcogenide heterostructures
我们报告了与等离子体激元和光电子学的关键参数，如吸光度和透射率，在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的石墨烯单层的范德华异质结构中的有趣的可能性。我们得到的禁带与Rashba自旋轨道耦合依赖的赝塞曼场由于衬底诱导的相互作用的相互作用。这使我们能够获得在有限掺杂的情况下，完全忽略自旋翻转散射事件的介电函数的表达式。我们观察到屏蔽的相对强度几乎是一个常数，相对于载流子密度的变化。与独立的石墨烯相比，GrTMD等离子体激元（可调）的更强的限制能力是我们分析的主要结果;等离子体激元色散产生q2/3行为，而不是众所周知的q1/2行为。我们还发现，吸收率和透射率是频率和栅电压的增函数。这一结果对于利用光电导和光电效应的器件是有用的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Guided plasmons in graphene p-n junctions
石墨烯中电子和空穴的空间分离引起局限于边界区域的等离子体波的存在。发展了电子空穴液体流体动力学中的这种引导等离子体激元模式的理论。当等离子体激元波长小于带电畴尺寸时，等离子体激元色散为ω~ q^（1/4）。通过外加电场可以很容易地控制等离子体导模的频率、速度和传播方向。在有磁场存在的情况下，得到了附加的无带隙磁等离子体激元激发谱。我们的研究结果表明，石墨烯是一种很有前途的纳米等离子体材料。
2010-04-16 cond-mat.mes-hall
All-optical magnetization switching by two-frequency pulses using the plasmon-induced inverse Faraday effect in a magneto-plasmonic structure
在这封信中，我们研究了产生准静态磁场的等离子体激元诱导的逆法拉第效应，并提出了一种磁光波导结构，实现磁化开关在亚ps的时间在纳米限制的磁光结构。特别是，我们表明，在磁光介质腔侧耦合到金属-绝缘体-金属（MIM）波导中产生的准静态场的方向敏感地依赖于表面等离子体激元极化（SPP）的波长。这一现象可能为利用双频脉冲实现纳米受限全光磁化开关开辟一种新的节能超快方法。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Excitation of confined bulk plasmons in metallic nanoparticles by penetrating electron beams within a nonlocal analytical approach
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（多诺西亚国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基奎，巴斯克科学基金会）；Materials Physics Center, CSIC-UPV/EHU（材料物理中心，西班牙国家研究委员会-巴斯克国立大学）
基于线性流体动力学模型，理论研究了穿透电子束与亚5纳米金属球状纳米颗粒的相互作用，揭示了受限体等离激元（CBP）的激发对撞击参数、电子动能和颗粒尺寸的敏感性，并预测了蓝移和阈值撞击参数。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall
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
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
Nanostructured optical waveguide with a highly confined mode
本研究提出一种工作于电信波长的纳米结构传输线，借助等离子体准反对称模式实现比优化硅波导小1.6倍的横截面，损耗适中且可补偿，适用于高密度集成光学系统。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface plasmon polaritons in the ultraviolet region
我们研究了一种表面等离子体激元模式，该模式在横向上被强烈限制，并沿着周期性纳米结构的金属-电介质界面传播。我们表明，这种模式的波长是由该结构的周期，因此，可能是数量级小于沿平面传播的等离子体极化激元的波长。该等离子体激元存在于金属和电介质的折射率的实部之和为正的频率区域中，该频率区域是在平坦表面上不存在表面等离子体激元的频率区域。新模式的传播长度可以达到几十个波长。这种模式可以在等离子体中不常见的材料中观察到，例如铝或钠。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall
Anomalous Reflection Phase of Graphene Plasmons and its Influence on Resonators
石墨烯等离子体激元在被突变边缘散射时拾取的相位通常被假定为$-π$。在这里，它表明，对于高等离子体动量，这个反射相是$\approx -3π/4$，几乎独立于化学势，波长或电介质基板。这种非平凡的相位产生于接近边缘的高度倏逝模式的复杂激发，其需要满足电场和磁场的连续性。对于支持高度受限等离子体激元的其他二维系统（非常薄的金属膜、拓扑绝缘体、过渡极化激元层等），预期反射相的类似结果。的反射相位的知识，结合传播时拾取的等离子体激元的相位，允许从无限单层中的等离子体激元的色散关系的谐振器特性的估计。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall
Quantum Band Structure and Topology in One Dimensional Modulated Plasmonic Crystal
本研究探讨了单向周期性二维金属中等离激元的拓扑性质，通过计算能带与波函数，揭示了Zak phase决定的带隙拓扑指数及界面受限态，并在graphene和SSH模型中验证了其与紧束缚系统相似的拓扑相图。
2024-10-15 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
Free electron nanolaser based on the graphene plasmons
本文研究了利用石墨烯等离子体激元对自由电子的受激散射实现从太赫兹到极紫外区的激光输出的可能途径。所提出的自由电子激光方案的解析定量描述是基于自洽的麦克斯韦-弗拉索夫方程组。我们研究下转换以及上转换。它示出的相干下转换的红外辐射到太赫兹一个可以实现使用非常非相对论性的电子在与石墨烯等离子体共振耦合的源。由于石墨烯等离子体激元的强烈约束，中红外到极紫外辐射的上转换可以用温和的相对论电子束来实现。后者是一种很有前途的机制，桌面短波长自由电子纳米激光。
2020-12-18 cond-mat.mes-hall
Plasmon-phonon-polaritons in encapsulated phosphorene
我们考虑了一个由掺杂的单层磷烯嵌入在两个六方氮化硼（hBN）板沿异质结构方向的系统。基于有限温度下的无规相位近似，计算了该混合系统的等离子体激元-极化激元和等离子体激元-声子-极化激元模的波矢方位角依赖关系。集体模表现出较强的各向异性和与极性介质声子模的强耦合，并且当等离子体激元进入带内电子-空穴连续区时，由于带内过程而产生朗道阻尼.我们的数值计算结果表明，等离子体激元模式是高度局限于表面沿锯齿形方向。由于强的电子-声子相互作用，在Reststrahlen带的声子色散也是角度相关的。这些结果也与我们计算的半经典模型的结果一致。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall
Spatially resolved quantum plasmon modes in metallic nano-films from first principles
电子能量损失谱（EELS）可用于探测纳米结构材料中的等离子体激元激发，具有原子尺度的空间分辨率。对于小于几个纳米的结构，量子效应预计是重要的，限制了广泛使用的半经典响应模型的有效性。在这里，我们提出了一种方法来识别和计算空间分辨等离子体模式的第一原则的基础上的动态介电函数的频谱分析。作为一个例子，我们计算的等离子体振子模式的0.5-4 nm厚的钠膜，并发现它们可以被分类为（传统的）表面模式，次表面模式，和一组离散的体模式类似于整个薄膜的驻波。我们发现了量子限制和非局域响应的明显效果。量子等离子体激元模式提供了一个直观的图片集体激发的限制电子系统，并提供了一个清晰的解释空间分辨EELS光谱。
2013-01-02 cond-mat.mes-hall
Strong exciton-plasmon coupling in semiconducting carbon nanotubes
本文从理论上研究了小直径（~1 nm）半导体单壁碳纳米管的激子态与表面电磁模的相互作用。我们发现，这些相互作用可以导致强激子表面等离子体激元耦合。激子吸收线的形状表现出拉比分裂约0.1 eV的激子能量被调谐到最近的带间表面等离子体共振的纳米管。我们还表明，量子限制斯塔克效应可以作为一种工具来控制激子结合能和碳纳米管中的纳米管带隙，例如，以使激子总能量与最近的带间等离子体激元模式共振。激子-等离子体拉比分裂，我们预测在这里为一个单独的碳纳米管是接近其幅度的混合等离子体纳米结构人工制造的有机半导体金属薄膜上先前报道。我们期望这种效应为半导体碳纳米管的新型可调光电子器件应用开辟道路。
2009-07-08 cond-mat.mes-hall
Plasmon-polariton from a helical state in Dirac magnet
与拓扑保护的一维螺旋态相互作用的光场被示出为支持一维等离子体激元极化激元，其特征在于由非线性色散。在二维狄拉克磁体中，这些电光激发被限制在畴壁中，因此，提供了通过改变磁畴配置来操纵量子光学状态的可能性。导出了这种拓扑等离子体激元-极化激元的精确谱方程。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Perturbation theory for two-dimensional hydrodynamic plasmons
微扰论是量子力学和电动力学中处理粒子运动或场的弱效应的不可或缺的工具。然而，将其扩展到涉及{ \it both}粒子和场的复杂运动的等离子体激元仍然具有挑战性。我们表明，这一挑战可以掌握，如果电子运动遵守流体力学定律，最近证实了超净异质结的实验。我们提出了一个统一的方法来评估修正引起的载流子漂移，磁场，Berry曲率，散射和粘度等离子体光谱。作为第一个应用，我们研究了受限制的二维电子系统中直流电对等离子体激元自激发的稳定性。我们发现，任意弱电流在没有耗散是不稳定的结构缺乏镜像对称。作为第二个应用程序，我们指出，在扩展的周期性系统-等离子体激元晶体-载流子漂移引起异常多普勒频移，这可以低于和高于其值在均匀系统。最后，我们精确地计算了Berry曲率对边缘等离子体激元谱的影响，并证明了反常速度引起的非互易性。
2019-03-10 cond-mat.mes-hall
Plasmonics of coupled graphene micro-structures
石墨烯微结构（如微带和盘）的光学响应由远红外（IR）光谱范围内的局域等离子体共振主导。通常涉及这样的结构的集合，并且预计单个结构之间的耦合效应将发挥重要作用。本文研究了不同结构的石墨烯微结构的等离子体激元耦合。虽然观察到同一平面上的石墨烯盘之间的耦合相对较弱，但垂直堆叠的石墨烯盘之间的耦合较强，并且证明了共振频率的急剧增加。更复杂结构中的等离子体激元可以被视为来自更基本结构的等离子体激元的杂化。作为一个例子，石墨烯微环的等离子体共振，连同它们在磁场中的响应。最后，通过在500 cm-1附近观察到一个新的混合共振峰，证明了等离子体激元与SiO2衬底表面极性声子的耦合。
2012-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lippmann-Schwinger theory for two-dimensional plasmon scattering
在二维（2D）电子系统中的长寿命和超受限等离子体激元可以提供亚波长诊断工具来研究局部介电、电磁和伪电磁扰动。在这篇文章中，我们提出了一个一般的理论框架来研究二维等离子体激元对这种扰动的散射在非延迟极限。我们讨论了抛物带和无质量狄拉克费米子的二维电子系统。我们的理论从一个Lippmann-Schwinger方程的屏蔽势在一个非均匀的2D电子系统，并利用作为输入的分析长波长表达式的密度-密度响应函数，超越局部近似。我们提出了说明性的结果，二维等离子体对点状带电杂质和一维静电势垒由于线的电荷散射。精确的数值结果从Lippmann-Schwinger方程的解决方案进行了比较与近似结果的基础上的玻恩和程函近似。最后强调了非局部效应的重要性。
2017-07-21 cond-mat.mes-hall
Time-dependent transport of a localized surface plasmon through a linear array of metal nanoparticles: Precursor and normal mode contributions
我们从理论上研究了局域表面等离子体激元激发通过线性阵列的相同和等距间隔的金属纳米粒子的时间依赖性运输。发现两种不同的信号在阵列中传播：一种以系统表面等离子体激元的群速度传播，呈指数衰减;另一种以光速传播，呈幂律衰减，横向和纵向偏振分别为$x^{-1}$和$x^{-2}$。后者类似于Sommerd-Brillouin的先驱，在以前的研究中尚未确定。该信号的贡献在大距离处主导等离子体激元传输。此外，即使该信号在传播方向上扩展并且具有大于波长的横向尺寸，靠近链轴的场分布也不随距离而改变，这表明该部分信号被限制在阵列中。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall
Strong spatial and spectral localization of surface plasmons in individual randomly disordered gold nanosponges
多孔纳米海绵，具有10纳米尺寸的韧带的三维网络，最近出现作为等离子体增强光谱和（光）催化的有前途的基板。实验和理论工作表明，表面等离子体局域化在一些热点模式作为其不寻常的光学性质的物理起源，但到目前为止，这种热点的存在还没有得到证明。在这里，我们使用散射型扫描近场纳米光谱对单个金纳米海绵揭示空间和光谱限制模式与10纳米的本地化长度映射的本地光密度的状态。高品质因数的个别热点超过40证明。近场强度波动的统计分析揭示了在强局域化制度的等离子体。所观察到的场局部化和增强使得这种纳米海绵成为从非线性光学到强耦合物理学的各种应用的吸引人的平台。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall
Reduction of fully screened magnetoplasmons in a laterally confined anisotropic two-dimensional electron system to an isotropic one
本文针对横向受限各向异性二维电子系统，在完全屏蔽极限下证明其磁等离激元可约化为拉伸后各向同性系统的等离激元，结合解析推导与近似展开求解了有无磁场下的模式特性。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall
Plasmon Confinement by Carrier Density Modulation in Graphene
我们研究了周期性载流子密度调制的石墨烯中的等离子体共振。周期为8 μ m，每个周期由1.7和6.3 μ m宽的不同密度的带组成。使用太赫兹光谱，我们显示了两个等离子体激元模式，其电场主要集中在1.7或6.3微米宽的带状阵列。我们还表明，等离子体激元被激发时，只有在一个微带阵列的费米能量的其他微带阵列被设置为接近的电荷中性点。这些结果表明，等离子体激元可以被限制的载流子密度调制。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Plasmons in a Square of Two-Dimensional Electrons
本文用光学探测技术研究了二维正方形电子（2DES）的微波吸收谱。基本偶极和谐波四极等离子体激元模式已被确定，并在磁盘的几何形状相比。在正方形的2DES中，发现相邻的等离子体激元模式之间存在强相互作用，而在盘形几何结构中没有观察到这种杂交。我们建立了一个严格的理论平台来解析描述受限二维系统的磁光响应。所开发的理论提供了一个适当的描述所获得的实验结果。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic modes at inclined edges of anisotropic 2D materials
本文考虑了二维各向异性材料边缘处相对于光轴任意倾斜的受限模。通过发展精确的Wiener-Hopf方法和近似的Fetter方法，我们研究了边缘模色散、场和电荷密度分布。二维层由一个或两个方向上的洛伦兹型电导率描述，这对于自然各向异性二维材料和共振双曲超颖表面是现实的。我们证明，由于各向异性，边缘模式只存在于波矢量超过非零阈值，如果边缘是倾斜的方向上的谐振电导率。对场和电荷密度空间分布的主要贡献由倏逝2D波提供，倏逝2D波被限制在2D层附近的空间中以及沿着其边缘附近的层。沿层的场限制的程度由边缘模式和自由传播的2D模式的连续体之间的波矢量或频率失配确定。我们的分析适用于各种类型的极化激元（等离子体激元，声子，激子极化激元等）。在足够大的波矢量下。由于在垂直于边缘的所有方向上的优越的场约束，这些模式对于现代等离子体激元学和传感器学看起来很有前途。
2021-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thermoelectric detection of propagating plasmons in graphene
控制，检测和产生传播等离子体的全电手段是在芯片上的纳米光学处理的核心。石墨烯携带寿命长的等离子体激元，其被静电场极度限制和控制，然而，石墨烯中传播的等离子体激元的电检测尚未实现。在这里，我们提出了一个全石墨烯中红外等离子体探测器，其中一个单一的石墨烯片同时作为等离子体介质和检测器。而不是通过添加光电材料来实现检测，这通常是在其他等离子体系统中完成的，我们的设备通过热电效应将等离子体的自然衰变产物-电子热-直接转换为电压。我们采用两个本地门，以充分调整石墨烯的热电和等离子体行为。高分辨率的实空间光电流图被用来研究等离子体的传播和干扰，衰变，热扩散和热电发电。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralong Lifetime Plasmons on Picosecond Time Scale Enabled by Hybrid Plasmon-Phonon Polaritons
石墨烯等离子体激元对于在宽频域中工作的紧凑型光学器件具有极大的兴趣，其具有高速和非常低的能量消耗。然而，石墨烯等离子体激元在大多数衬底上迅速衰减，主要是由于来自衬底表面声子和杂质的散射损耗。在这里，我们发现了一种新的杂化等离子体声子极化激元模式在石墨烯/h-BN范德华异质结构，这使得超长的混合等离子体激元寿命高达1.6皮秒，最长的等离子体激元寿命有史以来证明。这种显著的长寿命来自于长寿命h-BN横向光学声子与石墨烯等离子体的耦合，石墨烯等离子体仅存在于单层异质结构中。我们的发现和理解这种未开发的混合模式提供了一种新的方法来调整等离子体激元的行为在频率，时间和空间域。这可能会引入一种新的范例，以产生具有超长寿命的高度受限等离子体激元，用于各种应用，如深亚波长超材料，超低损耗波导和超快光开关。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface plasmon polariton induced strong coherent superposition
一个强的相干叠加被示出的两个能级的发射体浸没在一个表面等离子体极化激元倏逝局限于一个小的金属环的能量状态之间的诱导。结果表明，在稳态下，即使表面等离子体激元驱动强度较弱，在较高或较低的能级中也有几乎相等的机会发现两能级发射体。这表明可以创建对发射体自发阻尼率具有鲁棒性的量子比特，这可以适用于设计可以执行某些量子信息处理任务的设备。在支持这一建议，光子统计的辐射被发现表现出显着的非经典功能。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable plasmons in large area WTe2 thin films
在石墨烯中观察到的电调谐和高度受限的等离子体激元激发了对其他二维材料中等离子体激元有趣性质的探索。最近，双曲等离子体共振模式被观察到剥离WTe 2膜，II型Weyl半金属与层状结构，提供了一个平台，为组装等离子体与双曲性和奇异的拓扑性质。然而，等离子体激元模式只能在相对较厚和小面积的薄膜中观察到，这限制了等离子体激元的可调谐性和应用。在这里，大面积（~ cm）WTe 2薄膜具有不同的厚度生长的化学气相沉积方法，其中等离子体共振模式观察到不同的厚度下至约8 nm的薄膜。等离子体激元和表面的极性声子的基板的杂交被揭示通过映射的等离子体激元色散。等离子体激元频率被证明是可调谐的，通过改变温度和薄膜厚度。我们的研究结果有利于开发一个可调和可扩展的WTe 2等离子体系统，揭示拓扑特性，并在传感，成像和光调制的各种应用。
2021-01-12 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
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
Probing the Ultimate Plasmon Confinement Limits with a Van der Waals heterostructure
将光限制在微小空间维度的能力对于诸如显微镜、传感和纳米级激光器等应用是重要的。虽然等离子体激元提供了一个有吸引力的途径来限制光，朗道阻尼金属之间的光场限制和损失的权衡。我们表明，石墨烯-绝缘体-金属异质结构可以克服这种权衡，并证明等离子体限制到一个原子的长度尺度的极限。这是通过将等离子体激元模式的远场激发挤压到石墨烯和金属棒之间的原子级薄的六方氮化硼电介质h-BN间隔物中来实现的。一个理论模型，考虑到非本地的光学响应的石墨烯和金属被用来描述的结果。这些超限制的等离子体模式，解决了远场光激发，使一个新的制度的超强光物质相互作用的路线。
2018-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plasmon modes of graphene nanoribbons with periodic planar arrangements
石墨烯和相关的低维材料具有令人惊叹的特性，当暴露于适当能量的光子或电子时，它们会显示出量子化的电荷密度波动--称为等离子体激元。石墨烯纳米带由于其几何可控的带隙而提供了这些谐振模式的增强的可调谐性。然而，近年来在开发基于石墨烯的技术方面所做的巨大努力由于缺乏利用可用的{ \it ab initio}方法的预测建模方法而被削弱。这样的框架的一个例子是在这里，集中在窄宽度的石墨烯纳米带组织在周期性的平面阵列。与时间相关的密度泛函计算揭示了前所未有的不同性质的等离子体振子模式在可见光到红外能量。具体地说，半金属锯齿形纳米带在二维电子气的能量-动量色散作用下表现出带内等离子体激元。半导体扶手椅型纳米带的特征是两种不同的带内和带间等离子体激元，它们之间的相互作用对载流子的注入或电子温度的升高非常敏感。这些振荡与最近在$100$ - $500$ ~nm宽度的石墨烯纳米带中检测到的受限边缘和表面等离子体模式的纳米红外成像共享一些共同的趋势。
2016-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Plasmonic waveguides in two-dimensional materials: a quantum mechanical description using semiclassical techniques
本文提出一种基于半经典分析的半解析理论，用于描述二维材料中空间非均匀系统的等离激元波导，揭示全内反射和介电环境变化两种导波机制，为理解数值研究奠定基础。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Plasmons in Double Layer Systems
本文发展了双层结构中等离激元的量子描述，将其视为受限电磁模式，发现虚等离激元在基态中作为量子涨落出现，且等值反向动量模式纠缠，并探讨了通过电导率突变访问纠缠模式的途径。
2023-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics enabled atomically thin linearly polarized emitter at room temperature
二维过渡金属二硫族化物半导体提供了研究强受限激子物理学的独特可能性，并且可集成到这种材料的等离子体平台构成了混合系统，该混合系统可以是感兴趣的，以使得能够操纵其累积光学性质。在这里，我们报告调谐激子发射单层WSe 2，机械剥离的周期性二维等离子体阵列的椭圆形金（Au）纳米盘的顶部。通过利用纳米等离子体阵列（NPA）的等离子体共振的偏振依赖性，可以显着地操纵来自覆盖单层WSe 2的光致发光（PL）发射。PL优先增强NPA覆盖的区域的ake时，激发更接近等离子体共振频率和先前未极化的WSe 2 PL发射获得约20至40%的线性偏振度在室温下。获得WSe 2的PL光谱和NPA的偏振可调谐等离子体共振之间的显着光谱重叠在此观察中起着至关重要的作用。结果表明，从WSe 2的光发射的主动可调谐性，通过使用其他被动的等离子体激元环境，并打开在室温下实现原子薄的线偏振发射器的可能性。除了这种相互作用的基本上令人感兴趣的物理学之外，这对于与取向敏感的光电器件相关的应用是非常期望的。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electrical generation of surface plasmon polaritons in plasmonic heterostructures
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究通过直接耦合电子-空穴偶极子到量化的SPP场，实现了等离子体异质结构中中等范围SPP的电生成，展示了非热、可调偏置的SPP发射，达到1%的功率转换效率和100的Purcell因子。
2025-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A place for two-dimensional plasmonics in electromagnetic wave detection
二维电子系统（2DES）中的等离子体激元具有超强约束的特征，并且有望有效地介导光与载流子之间的相互作用。尽管有这些期望，但利用2d等离子体共振的电磁探测器远不如它们的非共振对应物。在这里，我们从理论上分析了这些故障的根源，并提出了一个适当的利基二维等离子体在电磁波检测。我们发现，一个受限的2DES支持等离子体共振有一个上限的吸收截面，这是相同的简单的金属偶极天线。等离子体共振器的小尺寸意味着它们的弱偶极矩和阻碍耦合到自由空间辐射。在隔离的2DES中实现吸收截面的“偶极极限”是可能的，无论是在不切实际的长载流子动量弛豫时间，还是在低于太赫兹单位的谐振频率。我们进一步表明，修正案，即使是小的金属接触2DES促进耦合，降低了基模频率。接触的谐振器仍然可以具有深亚波长尺寸。它们可以合并成紧凑的探测器阵列，在那里，来自调谐到不同频率的元件的信号被相加。这样的阵列可以在多信道无线通信、超光谱成像和能量收集中找到应用。
2021-12-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
