Role played by strain on Plasmons, screening and energy loss in Graphene/substrate contacts
由于机械应变，耦合到掺杂的导电衬底中的等离子体激元，等离子体激元-声子散射结合所发挥的作用，通过封装的第二个二维（2D）层的综合效果进行了研究，理论和数值。的计算是基于随机相位近似（RPA）的表面响应函数，产生的等离子体色散方程，适用于在存在或不存在施加的单轴应变。我们目前的结果表明，在布里渊区的应变模量和波矢量的方向上的电荷密度振荡的频率的依赖性。研究了这种混合层状结构对电荷稀疏分布的屏蔽以及撞击电荷的能量损失率。
2018-05-21 cond-mat.mes-hall
Polarization and plasmons in hot photoexcited graphene
我们提出了一个强大的和精确的方法来计算石墨烯的偏振函数和等离子体色散，为任意（各向同性）的非平衡载流子分布，在随机相位近似（RPA）。这是证明了一系列的载流子分布，包括热载流子分布发生在飞秒光激发后。我们表明，定性不同的行为从平衡的情况下，可以发生。由于极化函数决定了动态屏蔽，因此其计算对于量化远离平衡的石墨烯的载流子-载流子散射通道至关重要。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall
Multivalued dispersion equation for plasmon-surface optical phonon coupling in graphene/polar substrate system
针对石墨烯/极性衬底中 Dirac 等离子体激元与表面光学声子耦合色散方程的多值歧义，提出用初值问题获得唯一解，并解释低品质模式在激发谱中坍缩缺失的原因。
2024-10-26 cond-mat.mes-hall
Electrically Driven Hot-Carrier Generation and Above-threshold Light Emission in Plasmonic Tunnel Junctions
当发射的光子具有显著高于入射电子的能量标度时，来自等离子体隧道结的超阈值光发射最近吸引了纳米光学的兴趣，而潜在的物理机制仍然难以捉摸。我们研究了电迁移隧道结中的阈值以上光发射。我们对大量设备的测量表明，光子产率（每入射电子发射的光子）对材料的依赖性很大，高达四个数量级。这种戏剧性的效果不能解释仅仅由辐射场增强效应，由于在隧道间隙中的局域等离子体激元。发射是很好地描述了玻尔兹曼光谱的有效温度超过2000 K，耦合到一个等离子体修改的光子态密度。的有效温度是近似线性的施加的偏置，与建议的理论模型，其中热载流子产生的电激发局域等离子体激元的非辐射衰变一致。电驱动的热载流子产生和相关的非传统光发射可以为活性光化学，光电子学和量子光学开辟新的可能性。
2020-05-27 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Carrier Recombination and Generation Rates for Plasmon Emission and Absorption in Graphene
给出了石墨烯中等离子体激元发射和吸收的电子-空穴产生率和复合率。已经发现由于等离子体激元发射的载流子的复合时间在数十飞秒到数百皮秒的范围内。复合时间敏感地依赖于载流子能量、载流子密度、温度和等离子体激元色散。在狄拉克点附近的载流子被发现有更长的寿命相比，在更高的能量载流子。极性衬底上的石墨烯层中的等离子体激元与表面光学声子杂交，并且这种杂交改变等离子体激元分散。我们还提出了由于等离子体发射和吸收在极性基板上的石墨烯层的载流子的产生和复合率。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of photo-injection of hot plasmonic carriers in metal-semiconductor nanostructures
我们从理论上研究了等离子体载流子从光激发的金属晶体注入到半导体接触或附着分子的影响。大尺寸和小尺寸金属纳米晶中光激发热载流子的分布有很大的不同。在大的纳米晶体中，大多数载流子具有非常小的能量，并且热载流子分布类似于体中的等离子体波的情况。在小于20 nm的纳米晶体中，载流子分布扩展到更大的能量，并占据整个区域E_{F} <E<Ω。上述行为的物理原因是量子力学中的动量不守恒。由于上述性质，小尺寸的纳米晶体最适合于设计基于等离子体电子和空穴注入的光电和光合器件。该问题的中心参数是Δ N =omega/ q_{L} * v_{F}，其中q_{L}是动量传递，v_{F}是费米速度。在金纳米晶体中，当Δ N <7时，高能热电子产生是有效的。对于较大的参数Δ N，高能电子的数量大大减少。另一个重要因素是激发光的偏振。为了有效地激发具有高能量的载流子，电场极化矢量应该垂直于具有小宽度~ 10-20 nm的棱柱状纳米天线（板或片）。我们还显示了我们的理论之间的关系注入等离子体纳米晶体和Fowler理论注入从散装金属。除了棱柱几何（或片晶几何），我们还考虑立方体。研究结果可用于设计纯固态光电子器件和光催化及太阳能转换系统。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall
Plasmon-assisted resonant tunneling in graphene-based heterostructures
我们发展了石墨烯-绝缘体-石墨烯异质结构中电子隧穿伴随载流子-载流子散射的理论。由于库仑相互作用的动态屏蔽作用，如果传递的能量和动量与表面等离子体的能量和动量相对应，则散射辅助隧穿会共振增强。我们揭示了这种等离子体辅助隧穿的石墨烯隧道结的电流-电压曲线和等离子体发射光谱的可能的实验表现。我们发现，非弹性电流和等离子体激元发射率有尖锐的峰值电压提供相等的能量，动量和群速度的等离子体激元和层间单粒子激发。这种共振的强度，我们称之为等离子体共振，受到层间扭曲和等离子体寿命的限制。等离子体激元辅助隧穿的开始也可以通过在低温下的结$I(V)$曲线中的尖点来标记，并且这种隧穿的阈值电压弱地依赖于载流子密度并且在层间扭曲的存在下持续。
2017-06-16 cond-mat.mes-hall
Large photon drag effect of intrinsic graphene induced by plasmonic evanescent field
在等离子体层上石墨烯系统中，预测了无质量狄拉克费米子在本征石墨烯中的大光子拖曳效应。等离激元层中的表面等离激元使光子的波数增大了数百倍。表面等离子体激元的倏逝场在本征石墨烯中产生载流子的定向运动，因为从表面等离子体激元到激发的载流子的大的动量转移。假设表面等离子体激元的面内波长远小于载流子的平均自由程，建立了一个模型哈密顿量。采用摄动法和数值积分相结合的方法求解密度矩阵的时间演化。非对角密度矩阵元素与动量转移导致规范电流，这是光学驱动的宏观直流。研究了激光场入射方向和强度对宏观直流电流的影响。
2016-11-14 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
Dispersion and losses of plasmons along simple metasurfaces: the analysis of dispersion equations
本文针对横向尺寸远小于波长的平面超表面，利用格林张量函数和模式匹配技术，分析了其表面等离激元的色散与损耗，并探讨了该方法在超表面不均匀性衍射中的应用。
2025-02-23 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Lattice Mode Formed by Ag Nanospheres on Silica Pillar Arrays
提出了一种形成周期性金属纳米颗粒阵列等离子体晶格模式的方法。在阵列中，每个Ag纳米球位于石英衬底上的SiO2纳米柱的顶部。模拟结果表明，在阵列周期附近的波长范围内，可以形成等离子体晶格模。该结构的透射率在窄波段内从最大值迅速变化到最小值。这是由于周期性阵列产生的波长依赖性衍射波和Ag纳米球与石英衬底之间的弱近场耦合。增加SiO2纳米柱的高度可以减弱Ag纳米球与石英衬底之间的近场耦合，导致衍射波对透射率的影响更大。结果，可以优化等离子体晶格模式。该方法为等离子体晶格模的应用提供了一种可能的途径。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall
Cooling of photoexcited carriers in graphene by internal and substrate phonons
我们研究了热载流子的能量弛豫石墨烯的光激发通过耦合到本征和远程（衬底）的表面极性声子使用玻尔兹曼方程的方法。我们发现，在常用的极性衬底上的石墨烯中的热光生载流子的能量弛豫，在大多数情况下，是由远程表面极性声子。我们还计算了能量弛豫过程的关键特性，如瞬态冷却时间和稳态载流子温度和光载流子密度，它们分别决定了热电和光伏光响应。衬底工程可以是一个有前途的路线，以有效的光电子器件驱动的热载流子动力学。
2012-08-14 cond-mat.mes-hall
Hot carriers generated by plasmons: where are they are generated and where do they go from there?
本文提出了一个物理上透明的金属中光学和等离子体激元诱导热载流子产生的统一理论。分析表达式，估计载流子产生率，它们的位置，能量和运动方向。在审议的四种机制中：带间吸收、声子和缺陷辅助吸收、电子电子散射辅助吸收和表面碰撞辅助吸收（朗道阻尼），它是产生热载流子的最后一种，热载流子在光检测和光催化的实际应用中最有用。
2018-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetodispersion of Two-Dimensional Plasmon Polaritons
我们研究了二维等离激元在整个磁场范围内的谱。在我们的研究中，我们调查了一个盘形的二维电子系统（2DES）与金属栅极的背面上的基板。重要的是，我们表明，二维等离子体激元杂交与TM $_0$光子模式的介质波导形成的样品基板。我们已经发展了一个理论，在无限2DES等离子体极化激元。我们发现实验数据是在良好的协议与发达国家的理论。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall
Energy and Momentum Distribution of Surface Plasmon-induced Hot Carriers Isolated via Spatiotemporal Separation
了解光子诱导和等离子体激元诱导的热电子之间的差异对于构建等离子体激元能量转换器件至关重要。等离子体增强在光化学、光化学和光捕获中的作用机制，特别是热载流子的作用仍在大量讨论中。问题仍然存在，如果等离子体激元诱导和光子诱导的热载流子是根本不同的，或者如果等离子体激元增强只是场浓度的影响，产生更多的这些载流子。对于体等离子体共振，一个根本的区别是已知的，但对于技术上重要的表面等离子体，这是远远没有解决。表面等离子体激元诱导的热载流子的直接成像可以提供重要的见解，但驱动激光，场增强和基本等离子体激元衰减的影响的分离已被证明是困难的。在这里，我们提出了一种方法，使用双色飞秒泵浦-探测方案的时间分辨2光子光电发射（TR-2 PPE），支持的光和等离子体激元能量流的理论分析。利用能量分辨光电发射电子显微镜（PEEM）和动量显微镜（Momentum Microscopy）观察了表面等离子体激元（SPP）脉冲沿金表面传播过程中光致电子的空间演化，分离了等离子体激元诱导的热电子和光致电子的能量和动量分布。利用该方案，我们实现了对等离子体激元诱导超热电子的直接实验研究。我们发现了一个等离子体增强高激发能和小的面内动量，这表明了一个根本不同的机制，热电子产生，如以前未知的表面等离子体。
2021-07-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exact polarizability and plasmon resonances of partly buried nanowires
本文导出了部分埋在基底中的两个半圆柱体的垂直和水平极化的静电极化率的解析表达式。使用导出的解析极化率，我们分析了三种重要的金属纳米线结构的局域表面等离子体共振：（1）半圆柱体，（2）半圆柱体在衬底上，和（3）圆柱体部分埋在衬底中。在其他结果中，我们表明，基板等离子体共振的光谱位置起着重要的作用。我们的分析结果，使许多复杂的等离子体纳米线配置，包括衬底上的纳米线的简单，快速，准确的分析。这对于与实验数据的比较、应用以及作为数值方法的基准都很重要。
2012-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thousand-fold Increase in Plasmonic Light Emission via Combined Electronic and Optical Excitations
等离子体纳米结构中的表面等离子体增强过程和热载流子动力学对于揭示纳米尺度下的光-物质相互作用具有重要意义。使用等离子体隧道结作为支持电激发和光激发的局部表面等离子体的平台，我们报告了一个更大的（超过1000倍）的等离子体光发射在上转换的光子能量组合的电光激发下，分别与电或光激发。与所观察到的光谱的形式兼容的两种机制是等离子体激元诱导的热载流子和电子反斯托克斯拉曼散射的相互作用。我们的测量结果是在良好的协议与理论模型相结合的电光产生的热载流子通过非辐射等离子体激元激发和热载流子弛豫。我们还讨论了区分热载流子发射和反斯托克斯电子拉曼过程的相对贡献的挑战。在等离子体激元系统中观察到的阈值以上发射的这种增加可能在芯片上纳米光子切换和热载流子切换中开辟途径。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light scattering from coupled plasmonic nanospheres on a substrate
采用基于半空间格林函数和球谐函数展开的数值方法研究了基底上耦合多个纳米球的光散射。椭圆偏振光谱的各种几何形状的耦合金纳米球的计算和分析，实现紧密间隔的纳米球的等离子体激元耦合的效果。在描述随机分布的纳米球中各种耦合纳米球团簇分布的参数较少的情况下，计算得到的椭圆偏振光谱与实验数据吻合得很好。这说明我们的现实模型计算可用于确定纳米球在基底上或嵌入多层结构（如生物样品）中的分布。
2013-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot carrier dynamics in a dispersionless plasmonic system
利用泵浦-探测技术研究了宽波长无色散等离子体结构中的热载流子动力学，时间分辨率为45 fs。通过同时测量微分透射率和反射率，研究了直接激发和等离子体激元产生的热载流子对低能探测等离子体激元的作用。虽然对于热电子和等离子体激元产生的热电子，泵浦注量与衰减时间的依赖性是线性的，但是当泵浦与X对称点接近共振时，衰减时间随泵浦注量的平方而变化。800 nm简并泵浦-探测测量的衰减时间突出了表面（反射）和体（透射）机制的差异。对于不同的激发能，对应于热载流子弛豫的衰减时间在1 - 3 ps范围内。由等离子体到热载流子转换和电子-电子散射过程控制的上升时间对于热载流子和热等离子体激元激发情况为约200 fs，当泵浦与X对称点处的带间跃迁共振时增加到约485 fs。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Possible dimensionality transition behavior in localized plasmon resonances of confinement-controlled graphene devices
我们研究了受限控制石墨烯器件中石墨烯局域等离子体共振的维度跃迁行为。我们首先证明了一种可能性的维度过渡，基于设备的载流子密度依赖性，从二维等离子体共振到一维等离子体共振。我们在同一片光学透明晶片上制作了光学透明器件和电输运器件。这些设备允许载流子密度和等离子体共振峰位置之间的详细控制和分析。从平方根n（二维）到常数（一维）的载流子密度与基于线性能带结构材料中狄拉克费米子载流子的理论预测一致。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Anisotropic hybrid excitation modes in monolayer and double-layer phosphorene on polar substrates
研究了位于SiO2、h-BN和Al 2 O3等极性基底上的单层和双层磷烯体系中各向异性杂化等离子体激元-SO声子色散关系。我们利用RPA中的动态介电函数，考虑电子-电子相互作用和基底SO声子通过Frohlich相互作用产生的长程电场，计算了这些混合模。在长波长范围内，我们得到了混合等离子体激元-SO声子色散关系的解析表达式，它代表了这些模式的行为，类似于从损耗函数得到的模式。我们的结果表明，在等离子体SO声子模式的各向异性很强，而他们更强的沿轻质量方向在我们的异质结构。此外，我们还发现衬底的类型对耦合模的色散关系有很大的影响。此外，通过调节极性衬底上双层磷烯中层间的错位和分离，我们可以设计混合模式。
2017-05-01 cond-mat.mes-hall
Graphene plasmon polaritons: Substrate effects and nonlocal response
这篇论文被作者撤回。我们从理论上研究石墨烯等离子体激元（GPP）支持的石墨烯片夹在两个电介质之间。在局部和非局部描述石墨烯的导电性的介电环境对GPP的影响进行了研究。我们表明，一个本地响应近似总是导致，反直觉，基板独立的表面等离子体频率。另一方面，电子气的非局部描述允许存在非垂直带间跃迁，这定性地改变了结果：GPP现在取决于周围环境，并且去除了局部GPP色散关系中的奇异性。
2012-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Substrate-driven topological engineering in plasmonic Su-Schrieffer-Heeger chains
Institut für Physik, Carl von Ossietzky Universität（卡尔·冯·奥西茨基大学物理研究所）
通过等离子体SSH链与电磁环境的相互作用，利用长程和短程衬底耦合实现拓扑带结构工程，诱导拓扑保护边缘态。
2026-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Generation of plasmonic hot carriers from d-bands in metallic nanoparticles
我们提出了一种方法来掌握众所周知的挑战，在金属纳米粒子的等离子体激元诱导的热载流子速率的d-波段的计算的贡献。我们概括了广泛使用的球阱模型的纳米粒子波函数平坦的d-波段使用的包络函数技术。使用费米的黄金法则，我们计算的热载流子的产生率后，由于从d-带状态到一个sp-带状态或从一个sp-带状态到另一个sp-带状态的过渡的等离子体激元的衰变。我们将此理论应用于半径为20~nm的球形银纳米粒子，并研究了热载流子速率对d带能量的依赖关系。我们发现，对于半径小于2.5nm的纳米粒子，热载流子的产生主要是由sp带态到sp带态的跃迁引起的，而对于较大的纳米粒子，热载流子的产生主要是由d带态到sp带态的跃迁引起的.
2020-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport of hot carriers in plasmonic nanostructures
等离子体激元热载流子器件在平衡之前从金属纳米结构中提取受激载流子，并且具有超越半导体光吸收剂的潜力。然而，到目前为止，它们的效率仍然远低于理论极限，这需要定量预测等离子体结构中的载流子传输和能量损失，以识别和克服载流子收集中的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论和计算框架，空间和能量的非平衡散射（NESSE），结合相空间（玻尔兹曼）和粒子为基础的（蒙特卡罗）方法的最佳功能来预测载流子能量分布的空间演化。在NESSE框架内，我们在原子尺度上桥接等离子体衰变和载流子碰撞积分的第一原理电子结构预测，并在纳米到介观尺度上进行电磁场模拟。最后，我们应用NESSE来预测光激发载流子的空间分辨能量分布，这些光激发载流子在几十到几百纳米的长度尺度上影响实验上可实现的等离子体纳米结构的表面，从而实现热载流子器件的第一原理设计。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Relaxing graphene plasmon excitation constraints through the use of an epsilon-near-zero substrate
石墨烯等离子体激元由于其可调谐性、潜在的长传播长度和超紧凑波长而引起了极大的关注。然而，后一种特性在实际应用中对光-等离子体激元耦合提出了挑战，通常需要复杂的耦合设置、极高的掺杂水平和/或接近当前光刻技术的分辨率极限的石墨烯纳米结构。在这里，我们提出并从理论上证明了一种方法，通过使用一个实际的基板，其低和负的介电函数自然扩大石墨烯极化激元波长更易于管理的水平，以减轻这种技术的压力。我们考虑碳化硅（SiC），因为它在951至970 cm $^{-1}$中红外光谱范围内表现出实部在-1和0之间而虚部保持低于0.05的介电函数。我们的计算显示与基板的声子极化激元杂交，导致极化激元波长比用二氧化硅基板获得的长一个数量级，而传播长度增加相同的量。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Acoustic plasmons in extrinsic free-standing graphene
除了传统的二维（2D）等离子体激元之外，预测声等离子体激元作为共存于非本征（掺杂或门控）石墨烯的非常相同的2D带中的两种类型的电子载流子的系统的集体运动而发生。这种新模式的起源在于存在于狄拉克点附近的石墨烯能带结构中的强各向异性。这种各向异性允许沿着γ-K方向以两种不同的费米速度移动的载流子共存，这导致两种集体振荡模式：其中两种类型的电子彼此同相振荡的一种模式[这是常规的2D石墨烯等离子体激元，其在长波长（q->0）处具有相同的色散，q1/2，作为2D自由电子气体的常规2D等离子体激元]，并且在此发现的另一模式对应于低频声振荡[其能量在长波长处表现出对2D波数q的线性依赖性]，其中两种类型的电子异相振荡。如果这一预测得到实验证实，它将代表声等离子体激元的第一次实现，声等离子体激元起源于两种类型的载流子共存于同一频带内的系统的集体运动。
2013-07-04 cond-mat.mes-hall
Inelastic carrier lifetime in a coupled graphene electron-phonon system: Role of plasmon-phonon coupling
我们计算了极性基底上单层和双层石墨烯的非弹性散射率和热电子非弹性平均自由程。我们考虑了电子-电子和电子-表面光学（SO）声子相互作用，研究了准粒子自能。在计算中，采用了首阶动力学屏蔽近似（G $_0$ W近似），将电子和声子同等对待，得到了准粒子自能。我们发现SO声子与等离子体激元之间的强耦合导致准粒子通过耦合模的发射而产生一个新的衰变通道，并导致散射率的突然增加，这在非耦合系统中是不存在的。在单层石墨烯中，发生散射率的单跳，这是由耦合等离子体-声子模式的低能分支的发射引起的。在双层石墨烯中，耦合模式的低能量分支和高能量分支的发射都有助于散射速率，并且引起散射速率的两个突变。这种散射率的突变在开关器件、振荡器等热电子器件中有着潜在的应用前景。
2014-12-31 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric Transport Coefficients in Mono-layer MoS2 and WSe2 Role of Substrate, Interface Phonons, Plasmon, and Dynamic Screening
采用Rode迭代法求解Boltzmann输运方程和耦合的电流、热流方程，计算了两种新近出现的过渡金属二硫属化物（TMD）MoS2和WSe2的热电输运系数.考虑了局域施主杂质的散射、声学形变势、纵向光学（LO）声子和衬底诱导的远程声子模。研究了TMD等离子体激元与远声子模的杂化。研究了在电介质环境中TMD在线性极化响应下的动态屏蔽，计算了屏蔽后的电声子耦合矩阵元。解释了屏蔽效应和基片诱导的远程声子介导散射对上述材料输运系数的影响。输运系数得到三种不同类型的基板SiO2，Al2O3和HfO2的温度和掺杂密度的变化范围。热电性能的兴趣，包括塞贝克系数，珀耳帖系数，和电子热导率进行了计算。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Theory of Plasmon-Induced Hot-carriers in Al Nanoparticles
Imperial College London（帝国理工学院）
铝纳米结构中局域表面等离子体激元（LSP）衰变产生的热电子和空穴在光电探测、光电探测等光电子器件中具有重要的应用潜力。在这里，我们提出了一个理论研究的热载流子生成铝纳米球使用最近开发的建模方法，结合了解决方案的宏观麦克斯韦方程与大规模原子紧束缚模拟。与标准的等离子体金属，如金或银不同，我们发现铝纳米颗粒中的热电子和空穴的能量分布几乎是恒定的所有允许的能量。只有在相对高的光子能量下，观察到接近费米能级的高能空穴和电子的产生速率的降低，这归因于抑制带间衰减通道的能带结构效应。我们还研究了热载流子性质对纳米颗粒直径和环境介电常数的依赖关系。从我们的研究中获得的见解可以为高效铝基热载流子器件的实验工作提供信息。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot-Carrier Generation in Plasmonic Nanoparticles: The Importance of Atomic Structure
金属纳米颗粒对于等离子体增强的热载流子的产生是有吸引力的，这可以在光化学反应中利用。在这项工作中，我们使用第一性原理模拟分析了光子吸收、等离子体激元形成以及随后通过等离子体激元退相产生热载流子的相干飞秒动力学。我们预测了小金属纳米颗粒中的能量和空间热载流子分布，并表明热电子的分布对局部结构非常敏感。我们的研究结果表明，表面网站表现出增强的热电子产生相比，散装的纳米粒子。虽然分布的细节取决于颗粒的尺寸和形状，但作为一般趋势，较低配位的表面位点如角、边缘和{100}面表现出比较高配位的表面位点如{111}面或芯位点更高比例的热电子。因此，目前的结果表明，如何热载流子可以通过精心设计的原子尺度的结构，在纳米级系统进行定制。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Plasmon resonance in a sub-THz graphene-based detector: theory and experiment
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
研究亚太赫兹辐射下双层石墨烯晶体管中光电压的产生机制，揭示了热电效应和二维等离子体共振的实验与理论分析。
2025-11-10 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
Separation of interface and substrate carrier dynamics at a heterointerface based on coherent optical phonons
瞬态反射光谱被广泛用于研究半导体中的超快载流子和声子动力学。在它们的异质结构中，区分不同层对信号的贡献通常并不简单。在这项工作中，我们进行瞬态反射率测量晶格匹配的GaP/Si（001）使用近红外脉冲，其中GaP是透明的。泵浦激光脉冲可以在GaP覆盖层和Si衬底中产生具有不同频率的相干纵向光学（LO）声子。这使得我们能够跟踪作为GaP层厚度$d$的函数的各个信号贡献的幅度。随着$d$的增加，信号中的Si声子振幅表现出振荡行为。这可以用在空气/GaP/Si异质界面反射的探测光的干涉来定量解释。基于这一知识，我们可以分离的界面和基板的载波诱导的非振荡瞬态反射率信号的贡献。所获得的界面信号提供了从Si衬底到GaP覆盖层的超快载流子注入的证据。这也证实了检查的偏差的偏振依赖性的GaP相干光学声子信号从体半导体。
2021-10-08 cond-mat.mes-hall
Efficient Electrical Detection of Mid-Infrared Graphene Plasmons at Room Temperature
石墨烯等离子体激元的光激发和随后的衰减可以产生电荷载流子温度的显著增加。一种将这种温度升高转换为室温下可测量电信号的有效方法可以实现重要的中红外应用，例如无处不在的移动设备中的热传感和成像。然而，尽管这一目标可能很有吸引力，但由于石墨烯中载流子输运的热电系数适中且温度依赖性较弱，因此仍未实现。在这里，我们展示了由准一维纳米带互连的等离子共振器阵列组成的中红外石墨烯探测器。与纳米带中的无序相关联的局部势垒产生载流子传输的显著温度依赖性，从而使得能够在附近的石墨烯谐振器中对等离子体衰变进行电检测。我们进一步实现了一个5*5微米2的亚波长足迹在12.2微米，外部响应度为16 mA/W，在室温下的1.3 nW/Hz 1/2的低噪声等效功率，和工作频率可能超过千兆赫兹的设备。重要的是，我们的设备是使用大规模石墨烯制造的，具有简单的两端几何结构，代表了实现片上石墨烯中红外探测器阵列的重要一步。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall
Carrier Plasmon Induced Nonlinear Band Gap Renormalization in Two-Dimensional Semiconductors
在降维半导体中，掺杂诱导的载流子等离子体激元可以与准粒子激发强烈耦合，导致显著的带隙重整化。我们开发了一种新的等离子体磁极理论，有效地和准确地捕捉这种耦合。使用单层二硫化钼（MoS2）作为原型的二维（2D）半导体，我们揭示了一个增强的带隙重正化约400 meV和一个不寻常的非线性演化的带隙掺杂。这种2D预测与一维结构常见的线性行为显著不同。我们开发的方法允许在一般掺杂的2D半导体中的多体相互作用的定量理解，并为新的带隙工程技术铺平了道路。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Temperature-dependent Plasmons and Their Damping Rates for Graphene with a Finite Energy Bandgap
我们获得了数值和封闭形式的解析表达式的有限温度等离子体激元色散关系的内在石墨烯的存在下，在一个有限的能隙的能谱。采用随机相位近似进行计算。分析结果已在高温区和长波长的限制。我们已经发现，在带隙的存在下，等离子体激元阻尼率降低。我们的计算方法也可以应用于硅烯和其他屈曲的蜂窝晶格结构。给出了单层石墨烯与半无限导体库仑耦合时的有限温度等离子体色散关系。无间隙和有间隙的单层石墨烯的两种情况下，厚基板在其附近时进行了研究。当单层与导电基底相互作用时，等离子体激元激发频率和阻尼率都是长波长极限中的平面内波矢量的线性函数，而对于独立的原始或有间隙的石墨烯则不是这种情况。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall
Surface plasmon resonances of protein-conjugated gold nanoparticles on graphitic substrates
我们提出了理论计算的蛋白质包覆的金纳米粒子的石墨烯和石墨基板上的吸收特性。当基底远离纳米粒子时，数值计算结果表明，对于任意尺寸的金纳米粒子，利用Mie理论和吸收光谱可以定量地确定聚集在金表面的牛血清蛋白分子的数量.在蛋白质结合的金纳米颗粒附近的石墨基底的存在显著增强了纳米颗粒的表面等离子体共振的红移。我们的研究结果表明，石墨烯和石墨提供相同的吸收带时，纳米粒子和基板之间的距离是大的。但在较短距离处，石墨烯-颗粒系统的共振波长峰不同于石墨-颗粒系统的共振波长峰。此外，还研究了石墨烯的化学势对光谱的影响。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theory of Interfacial Plasmon-Phonon Scattering in Supported Graphene
限制支撑的石墨烯中的电子迁移率的因素之一是远程声子散射。我们建立了石墨烯等离子体激元与衬底表面极性声子（SPP）模耦合的理论，发现这种耦合导致了界面等离子体激元-声子（IPP）模的形成，并由此产生了动态反屏蔽和远程声子屏蔽现象。用我们的理论计算了SiO $_{2}$，HfO $_{2}$，h-BN和Al $_{2}$ O $_{3}$衬底的远声子限制迁移率.我们发现，h-BN产生最高的峰值迁移率，但在实际上有用的高密度范围内的迁移率在HfO $_{2}$支持的石墨烯是高的，尽管事实上，HfO $_{2}$是一个高- $κ$电介质与低频模式。我们的理论预测，强烈的温度依赖性的总迁移率有效地消失在非常高的载流子浓度。讨论了多晶性对IPP散射的影响。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall
Large-area nanoengineering of graphene corrugations for visible-frequency graphene plasmons
石墨烯载流子的量子限域是对其性质进行调控的有效途径。它通常通过与迁移率的恶化和等离子体共振的强抑制相关联的物理边缘来实现。在这里，我们展示了一个简单的，大面积的，无边缘的纳米结构化技术，基于放大随机的纳米级结构波纹的水平，他们有效地限制载流子，而不会引起显着的谷间散射。这种软限制允许石墨烯等离子体的低损耗横向超限制，将其共振频率从原生太赫兹放大到商业相关的可见光范围。可见的石墨烯等离子体定位到纳米波纹介导几个数量级更强的光-物质相互作用（拉曼增强）比以前实现的石墨烯，使特定分子的检测从飞摩尔溶液或环境空气。此外，纳米波纹石墨烯片还支持传播可见等离子体振子模式，通过扫描近场光学显微镜观察它们的干涉图案来揭示。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall
Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates
石墨烯中的表面等离子体激元与极性基底中的表面声子强烈耦合，导致杂化表面等离子体激元-声子极化激元（SPPP）。我们证明，表面声波（SAW）可以用来发射传播SPPP在石墨烯/h-BN异质结构的压电基板上，如AlN，SAW诱导的表面调制作为一个动态的衍射光栅。与裸石墨烯/AlN系统相比，通过引入h-BN膜大大提高了光耦合的效率。h-BN中间层不仅显著改变了SPPP的分散性，而且还提高了它们的寿命。SPPPs的强化与石墨烯中诱导的较高载流子迁移率以及与h-BN和AlN表面声子的耦合有关。除了表面声子，双曲声子出现在多层h-BN膜的情况下，导致杂化双曲等离子体-声子极化激元（HPPPs），也介导的SAW。这些结果为工程SAW基石墨烯/h-BN等离子体器件和覆盖中红外到太赫兹范围的超材料铺平了道路。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon and coupled plasmon-phonon modes in graphene in the presence of inter-band excitation channels
采用图解自洽场论对石墨烯中的等离子体激元和耦合等离子体激元-声子模式进行了理论研究。结果表明，通过带内和带间跃迁通道可以激发出两个等离子体激元模和四个耦合的等离子体激元-声子模。研究发现，随着q值和载流子密度的增加，石墨烯中的等离子体激元模与光-声子模的耦合增强。耦合等离子体声子模式表现出一些有趣的功能，可以用来实现等离子体器件。我们的研究结果表明，载流子-声子相互作用应该被认为是理解和解释的基本电子激发在石墨烯的属性。
2011-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Dynamical evolution of the Schottky barrier as a determinant contribution to electron-hole pair stabilization and photocatalysis of plasmon-induced hot carriers
利用等离子体激元诱导的热载流子有望为清洁能源和化学催化的发展开辟新的途径。在热化和复合之前提取载流子对于获得有吸引力的转换产率是至关重要的。本文用电子动力学和电子-离子动力学方法研究了Au-TiO $_{2}$体系的热载流子注入。我们的结果表明，纯电子特性（不考虑多体相互作用或耗散到环境中）有助于电子-空穴分离的稳定性。这些结果揭示了存在的动态贡献的界面势垒（肖特基势垒），出现在电荷注入的步伐，阻碍电子的反向转移。此外，我们表明，这种电荷分离稳定提供了所需的时间，用于电荷泄漏到置于TiO $_{2}$表面的帽分子触发相干键振荡，这将导致光催化解离。我们希望我们的研究结果将增加新的视角来解释已经检测到的长寿命的热载流子寿命，它们的催化作用，并伴随着它们的技术应用。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Blueshift of the surface plasmon resonance in silver nanoparticles: substrate effects
我们研究了蓝移的表面等离子体（SP）共振能量的孤立银纳米粒子的粒径减小，我们最近测量使用电子能量损失谱（EELS）。随着粒径从26 nm减小到3.5 nm，观察到SP共振能量的0.5 eV的大蓝移。在本文中，我们的理论解释我们的实验结果的非局部流体动力学模型，并比较基板上的SP共振能量的有效均匀的背景介电常数的方法的效果。我们推导出嵌入在均匀介质环境中的小金属球的非局部极化率，导致经典的Clausius-Mossotti因子的非局部推广。我们还提出了一个确切的形式主义的基础上多极展开和散射矩阵，以确定有限厚度的电介质基板上的金属球的光学响应，考虑到延迟和非局部效应。我们发现，基于衬底的计算显示出类似大小的蓝移计算的基础上在一个均匀的环境中的球体，他们都同意定性与EELS测量。
2013-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
The importance of substrates for the visibility of "dark" plasmonic modes
暗等离子体激元模式具有有趣的特性，例如比它们的辐射对应物更长的寿命和更窄的线宽，以及几乎没有辐射损失。然而，由于它们的光学不可接近性，它们尚未被广泛研究。利用电子能量损失（EEL）和阴极发光（CL）光谱，系统地研究了薄单晶金纳米盘中的暗径向呼吸模式（RBM）。据发现，RBM可以检测到在CL设置，尽管只收集远场。它们在CL中的可见性归因于高折射率衬底打破了镜面对称性，产生了有效的偶极矩。到远场的外耦合被证明是增强了4倍，通过增加的厚度的支持SiN膜从5到50 nm，由于在基板中的净电偶极矩增加。此外，它表明，RBM的共振能量可以很容易地通过改变纳米盘的直径进行调谐，使它们成为纳米光子应用的有前途的候选人。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Energy transfer channels of the plasmon excitation process in STM tunnel junctions
我们研究了扫描隧道显微镜针尖和金属衬底之间的间隙等离子体激元的衰减，激发的非弹性隧穿电子。隧穿电子的激发能量分为电阻耗散和电磁辐射两大类，它们又可以进一步分为四个不同的通道，包括针尖上的SPP通道、衬底上的SPP通道、空气模式通道和直接猝灭通道。我们发现，大部分的激发能量去表面等离子体激元的金属STM针尖，而不是在基板上。尖端直接淬火也占相当大的比例，特别是在高频区。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Directional excitation of graphene surface plasmons
我们提出了一种方案，通过将石墨烯片放置在磁光衬底上，将光定向耦合到石墨烯等离子体激元中。当平行于表面施加磁场时，石墨烯等离子体激元色散关系在向前和向后方向上变得不对称。可以通过将光栅应用于衬底来实现具有垂直入射照明的石墨烯等离子体的单向激发。方向性可以通过电门控石墨烯或通过改变磁偏置来主动控制。该方案可能在基于石墨烯的光电子学和传感中具有应用。
2014-11-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multiband Tunable Large Area Hot Carrier Plasmonic-Crystal Photodetectors
光电探测和光利用的光电功能依赖于半导体的带间激发，因此器件的光谱响应由其带隙决定和限制。一种不受这种限制的新方法是收集由金属-半导体结附近的等离子体共振弛豫产生的高能电子。在这种结构中，探测器的光电和光谱响应可以通过定制金属结构的拓扑结构来设计，这在太阳能收集和光电探测中具有巨大的应用。充分利用基于热电子的光电子学还需要一个平台，将其奇异的光谱能力与大规模制造和高性能相结合。在这里，我们报告了用于热电子光电探测的大面积、低成本准3D等离子体晶体（PC）的第一个实现，展示了VIS-NIR中的多波段选择性和前所未有的70 mA/W的响应率。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tailoring a Molecule's Optical Absorbance Using Surface Plasmonics
由于缺乏用于描述分子吸光度和底物筛选的稳健且计算效率高的方法，在计算机上设计新型功能材料受到严重阻碍。在这里，我们采用我们的混合$G_0[W_0+ΔW]$ -BSE的实现，它通过其屏蔽$ΔW$在准粒子$G_0W_0$水平，并在求解贝特-萨尔皮特方程（BSE）时，将基板。我们表明，这种方法可以用来有效地和准确地描述金属基板上的物理吸附分子的吸收光谱，从而通过改变表面等离子体激元的能量来定制分子的吸光度。具体而言，我们研究了三个原型$π$共轭分子：苯（C $_6$ H $_6$），三萘嵌苯（C $_{30}$ H $_{16}$）和富勒烯（C $_{60}$）的光学吸收光谱如何依赖于金属衬底的Wigner-Seitz半径$r_s$。为了进一步理解光-分子/衬底相互作用，我们还研究了亮激子的电子和空穴密度以及它们与红外活性振动模的相互作用。我们的研究结果表明，（1）苯的明亮的$E_{1u}^1$激子在7.0 eV，其能量对$r_s$的变化不敏感，可能与光催化脱氢和聚合反应有关，（2）三萘嵌苯的明亮的$B_{3u}$激子在2.3 eV与表面等离子体杂交，允许调整激子能量和表面等离子体激子样激子的光学活化，以及（3）富勒烯的$π-π^*$亮激子和暗激子在6.4和6.8 eV与表面等离子体激元杂交，导致它们的激子能量的定制以及表面等离子体激子样激子和暗四极模式经由基底的对称性破缺而激活。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Čerenkov Effect from Hot Carriers in Graphene: An Efficient Plasmonic Source
石墨烯等离子体激元（GP）已被发现是一个令人兴奋的等离子体平台，由于其高场约束和低相速度，激励当代研究重新审视光-物质相互作用中的既定概念。在一项已有80多年历史的概念性突破中，切伦科夫展示了带电粒子在介质中以超过光速的速度移动时如何发射光的冲击波。对于现代人来说，切伦科夫效应（ČE）提供了一种从带电粒子到光子的直接和超快的能量转换方案。然而，对相对论粒子的要求使得大多数纳米级电子和光子器件无法获得ČE发射。我们表明，GPS提供的手段，通过其低相速度和高场限制，以克服这一限制。在石墨烯和GP内部流动的载流子之间的相互作用呈现出高效的2D Čerenkov发射，从而提供了从电信号到等离子体激元激发的多功能、可调谐和超快转换机制。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Stratified Graphene-Noble Metal Systems for Low-Loss Plasmonics Applications
我们提出了一种用于可调谐、低损耗等离子体共振的复合层状结构，该结构由涂覆有石墨烯的贵金属薄膜和支撑在六方氮化硼（hBN）衬底上组成。我们计算了这些结构的电子能量损失谱（EELS），并通过数值计算证明，通过添加石墨烯涂层和宽带隙hBN衬底，可以显着降低贵金属薄膜中的体等离子体激元损失，并增强表面耦合。具有三层石墨烯涂层和hBN基底的银膜展示了厚达34 nm的金属层的表面等离子体激元主导的光谱分布。一个连续的分数表达式的有效介电函数，基于一个镜面反射模型，其中包括边界相互作用，是用来系统地展示等离子体激元峰的可调谐性为各种配置。变化包括衬底、等离子体金属和每种材料的单独层厚度。EELS的中尺度计算是用各层介电函数作为有效介电函数计算的输入来进行的，从有效介电函数计算中直接确定损耗谱。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Plasmon damping in electronically open systems
固体中电控等离子体的快速发展提出了一个关于电子库对等离子体性质的影响的问题。我们发现，在电子开放系统中的等离子体激元[即在（半）导体连接到引线]是易于额外的阻尼由于载流子渗透到接触和随后的热化。我们发展了一个理论，这样的铅诱导阻尼的动力学方程与自洽电场的基础上，补充微观载流子输运的接口。电子开放弹道系统中等离子体激元的寿命似乎是有限的，导体长度除以载流子费米（热）速度的数量级。等离子体激元入射到半导体和理想导电金属的接触面上的反射损耗也表现为有限的费米速度除以波相速度的量级。最近的实验等离子体激元辅助光电探测的建议铅诱导阻尼现象进行了讨论。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
