Nanostructured graphene for spintronics
石墨烯蜂窝结构的锯齿形边缘表现出磁极化，使得它们作为自旋电子器件的构建块具有吸引力。在这里，我们表明，锯齿形边缘的三角形antidots执行必要的自旋电子功能，如空间自旋分裂或自旋过滤的非极化传入电流的设备。通过优化结构可以获得接近完美的性能。器械性能对实质性紊乱具有稳健性。横向电阻的栅电压依赖性对于自旋极化和自旋非极化器件是定性不同的，并且可以用作诊断工具。重要的是，所建议的设备在当前技术中是可行的。
2017-03-21 cond-mat.mes-hall
Strain engineered graphene using a nanostructured substrate: I Deformations
使用原子模拟，我们研究了沉积在纳米结构衬底上的石墨烯的形态学特性。正弦波纹表面、台阶、细长沟槽、一维和立方势垒、球形气泡、高斯凸起和高斯凹陷被认为是石墨烯的支撑结构。石墨烯-基底相互作用由范德华力控制，并且石墨烯层的轮廓通过使用分子动力学模拟使能量最小化来确定。基于所获得的最佳配置，我们发现：（i）对于放置在具有长于2nm的正弦波的波纹状基底上的石墨烯，石墨烯片遵循基底图案，而对于支撑的石墨烯，其总是悬置在基底的峰上，（ii）当增加范德华模型中的能量参数时，石墨烯对衬底形貌的构象增强，（iii）石墨烯在沟槽中的粘附取决于沟槽的宽度和石墨烯的取向，即与具有扶手椅边缘的小宽度（3 nm）纳米取向相反，具有锯齿形边缘的纳米取向遵循衬底轮廓，（iv）原子级石墨烯遵循高斯凸块衬底，但不遵循具有高斯凹陷的衬底，以及（v）范德华相互作用引起的粘附能在[0.1-0.4] J/m^2范围内变化。
2012-04-28 cond-mat.mes-hall
Electronic and Geometric Corrugation of Periodically Rippled, Self-nanostructured Graphene Epitaxially Grown on Ru(0001)
在扫描隧道显微镜（STM）图像中，外延生长在Ru（0001）上的石墨烯显示出非常有序的山丘和山谷图案。在何种程度上观察到的“涟漪”是结构或电子的起源一直有很大的争议最近。高分辨率STM图像和氦原子衍射数据的组合显示，i）石墨烯晶格相对于Ru的晶格旋转，和ii）如从He衍射确定的结构的厚度（0.015 nm）显著小于预测的（0.15 nm）或从X射线衍射或低能电子衍射报告的。相反，当新的、空间局域化的电子态进入STM的能量窗口时，电子的能量足够强以反转+2.6 V以上的峰和谷之间的对比度。大的电子束导致电子和空穴袋的纳米结构周期性景观。
2010-08-11 cond-mat.mes-hall
Observation of Coulomb blockade in nanostructured epitaxial bilayer graphene on SiC
我们研究了纳米结构中的电子输运，该纳米结构在SiC上外延生长的双层石墨烯片中作为掺杂、磁场和温度的函数。远离电荷中性的传输仅由局部侧栅引起的载流子浓度变化进行微弱调制。在接近电荷中性的低n型掺杂下，电子输运类似于剥离的石墨烯纳米带中的电子输运，并且通过单个电子穿过库仑阻塞的岛的网络的隧穿来很好地描述。在外部磁场的影响下，库仑阻塞共振围绕平均能量波动，并且间隙作为磁场的函数而收缩。然而，在电荷中性时，传导对外部磁场不太敏感。在这个制度中，我们还观察到一个更强的抑制电导低于$T^*$，我们解释为一个迹象，打破层间对称性或强波动的边缘/潜在的障碍。
2017-03-31 cond-mat.mes-hall
Optical Hall conductivity in bulk and nanostructured graphene beyond the Dirac approximation
基于Kubo形式，提出了一种计算紧束缚体系中光学霍尔电导率的微扰方法。该方法只涉及对角化的哈密顿在没有的磁场，从而避免了计算问题，通常会出现由于巨大的磁单位细胞需要保持平移不变性的Peierls相位的存在。提出了将该方法应用于磁光响应数值计算的方法。我们应用的形式主义的情况下，普通的和有间隙的石墨烯在下一个最近的邻居紧束缚模型，以及石墨烯antidot晶格。在这两种情况下，我们在霍尔响应中发现了独特的签名，这些签名在连续（狄拉克）近似中没有被捕获。这些包括非零的光学霍尔电导率，即使当化学势在狄拉克点能量。数值结果表明，这种影响应该是可测量的实验。
2012-12-10 cond-mat.mes-hall
Thermal Properties of Graphene, Carbon Nanotubes and Nanostructured Carbon Materials
近年来，材料的热性能引起了科学界和工程界的广泛关注。碳同素异形体和衍生物在其导热能力方面占据独特的位置。碳材料的室温热导率跨越了非常大的范围-超过五个数量级-从最低的无定形碳到最高的石墨烯和碳纳米管。我回顾了碳材料的热性能和热电性能，重点介绍了石墨烯、碳纳米管和具有不同无序度的纳米结构碳材料的最新研究结果。特别注意的是，在二维晶体中，特别是在石墨烯的热传导的不寻常的尺寸依赖。展望了石墨烯和碳材料在电子热管理领域的应用前景。
2011-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large tunable photonic band gaps in nanostructured doped semiconductors
一个等离子体纳米结构设想与周期层的杂质半导体和被动半导体显示自发地产生表面等离子体激元由于其周期性的性质。该纳米结构被证明表现为一个有效的材料建模由一个简单的介电函数的离子晶体类型，并拥有一个完全可调的光子带隙，宽度超过50%，在该地区从中红外延伸到太赫兹。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall 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
Thermal and Magnetic Properties of Nanostructured Ferrimagnetic Composites with Graphene - Graphite Fillers
我们报告的热性能和磁性能的纳米结构的亚铁磁性氧化铁复合材料与石墨烯和石墨填料通过电流激活的压力辅助致密化合成的实验研究结果。热导率的测量使用激光闪光和瞬态平面源技术。证明了添加5 wt. %的石墨烯和石墨薄片的相等混合物与复合材料的混合导致热导率的x2.6倍增强，而饱和磁化强度没有显著降低。显微镜和光谱表征表明，sp2碳填料在复合材料加工过程中保持其晶体结构和形态。热导率的大幅增加归因于石墨烯和石墨优异的声子导热性能。研究结果对纳米结构永磁体的能源和电子应用具有重要意义。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Fabrication of comb-drive actuators for straining nanostructured suspended graphene
我们报告的制造和表征的一个优化的梳状驱动致动器设计的应变相关的运输测量悬浮石墨烯。我们制造的设备，从高p型掺杂的硅使用深反应离子蚀刻与铬掩模。至关重要的是，我们实现了一个金层，以减少设备电阻从$\approx51.6$ k $\mathrmΩ$到$\approx236$ $\mathrmΩ$在室温下，以允许应变相关的传输测量。石墨烯通过使用聚甲基丙烯酸甲酯膜将其直接机械转移到致动器上来集成。重要的是，集成的石墨烯可以在之后进行纳米结构化，以优化器件功能。结构化悬浮石墨烯的最小特征尺寸为30 nm，这允许有趣的器件概念，例如机械可调纳米收缩。最后，我们通过测量拉曼光谱以及集成石墨烯片在不同应变值下的机械共振频率来表征所制造的器件。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
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
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
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
Plasmons in a Planar Graphene Superlattice
研究了平面石墨烯超晶格中的等离子体激元集体激发，该超晶格由周期性交替的无间隙石墨烯及其带隙改性区域形成。的等离子体激元色散定律确定为准一维的情况下（费米能级位于minigap内）和准二维的情况下（费米能级位于miniband内）。还考虑了等离子体激元激发时调制电磁辐射的吸收问题。
2016-04-30 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
Directional dependence of the plasmonic gain and nonreciprocity in drift-current biased graphene
在这里，我们调查的非互易性传播和放大的漂移电流偏置的石墨烯表面等离子体，使用伽利略和相对论型多普勒频移变换的石墨烯的导电性。与以前的研究一致，这两个电导率模型预测强烈的非互易传播的表面等离子体由于漂移电子所造成的拖曳效应。特别是，伽利略多普勒频移模型导致更强的光谱不对称性的等离子体色散与制度的单向传播。值得注意的是，它示出了两个电导率模型预测制度的非互易等离子体激元放大在一个宽的角度扇区的平面内方向时，漂移电流偏置的石墨烯片耦合到等离子体激元衬底（即，SiC），与等离子体激元放大率是相当高的相对论多普勒频移模型。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall
Electrodynamic properties of graphene and their technological applications
石墨烯是一种新型的二维材料，具有迷人的电动力学特性，如支持集体电子振荡（等离子体）伴随着电磁场的紧密限制的能力。我们的目标是在等离子体和其他技术应用的背景下探索石墨烯中的光-物质相互作用，同时也将石墨烯用作研究许多身体物理学的平台，如等离子体，声子和其他基本激发之间的相互作用。在自洽线性响应近似下分析了等离子体激元和等离子体激元-声子相互作用。我们表明，电子-声子相互作用导致大的等离子体激元阻尼时，等离子体激元的能量超过光学声子，但也是一个奇特的混合等离子体激元和光学声子的偏振。当这两种激发具有相似的能量和动量时，等离子体声子耦合最强。我们还分析了双层石墨烯中横向电等离子体激元的性质。最后，我们表明，热激发的等离子体激元强烈介导和增强近场辐射传输之间的两个紧密分离的石墨烯片。我们还表明，石墨烯可以用作热发射器在近场热光致发光导致大的效率和功率密度。在波动电动力学的框架下分析了近场传热。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall
Plasmons in dimensionally mismatched Coulomb coupled graphene systems
我们计算了库仑耦合金属扶手椅型石墨烯纳米带和掺杂单层石墨烯的等离子体色散关系。发生在未耦合的1D和2D系统中的等离子体激元曲线的交叉被层间库仑耦合分裂成下部和上部等离子体激元分支。上分支表现出非常不寻常的行为，端点在有限的$q$。因此，结构因子根据等离子体激元波长显示出单峰或双峰行为。新的等离子体激元结构与最近的实验相关，其性质可以通过改变系统参数来控制，并可用于等离子体激元应用。
2017-09-11 cond-mat.mes-hall
Confining graphene plasmons to the ultimate limit
石墨烯等离子体激元由于其可调谐性、长寿命和在垂直方向上的高度场限制而最近吸引了大量的关注。附近的金属栅极已被证明可以改变石墨烯等离子体激元分散并进一步限制它们的电场。我们研究了沉积在金属上的石墨烯片的等离子体激元，在该制度中，金属带不与无质量狄拉克费米子带杂交。我们推导出这样的混合系统的等离子体激元的色散和寿命的精确结果，考虑到金属的非局域性。石墨烯等离子体激元分散被发现是声学的，并且在能量上被向下推到带内石墨烯粒子-空穴连续体的上边界，从而强烈地增强了这些激发的垂直限制。发现由于金属栅极中的粒子-空穴激发引起的这种声等离子体激元的朗道阻尼令人惊讶地弱，品质因数超过$Q = 10^{2}$。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall
Plasmons in tunnel-coupled graphene layers: backward waves with quantum cascade gain
由石墨烯和相关层状材料组成的范德华异质结构中的等离子体激元表现出深亚波长限制和大的传播长度。在这封信中，我们表明，石墨烯-绝缘体-石墨烯隧道结构可以作为等离子体增益介质。增益源于受激电子隧穿伴随着层间粒子数反转下相干等离子体激元的发射。在对应于具有共线动量的电子状态之间的跃迁的频率和层间电压的特定值下，具有等离子体发射的隧穿概率似乎是共振大的-这是石墨烯的线性能带结构所特有的特征。等离子体激元的色散由于隧穿也经历了相当大的转变，在几个频率范围内表现出负群速度。
2016-03-13 cond-mat.mes-hall
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
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
Comment on "Dielectric screening and plasmons in AA-stacked bilayer graphene"
在这篇评论中，我们指出了题为“AA堆叠双层石墨烯中的介电屏蔽和等离子体激元”的论文中的一些方程和结果是不正确的。此外，我们提出了我们的结果，这似乎是更正确的。
2014-10-17 cond-mat.mes-hall
Finite temperature dynamical polarization and plasmons in gapped graphene
在本研究中，我们报告了在无规相位近似下，掺杂单层带隙石墨烯的有限温度非相互作用动力学极化函数、等离子体激元模式和电子能量损失函数的数值结果。我们发现线性能带色散、手性、带隙和温度的相互作用赋予了单层带隙石墨烯奇异的极化率行为，它是2DEG、单层和双层石墨烯的混合物，因此等离子体激元光谱也表现出惊人的奇特行为。观察到等离子体激元分散被抑制，直到温度高达~0.5Tf，类似于无带隙石墨烯的情况，但超过0.5Tf，对于带隙的所有值，在带隙石墨烯中看到趋势的逆转。电子能量损失函数的密度图也证实了这种行为。一个小的间隙的开放也产生一个新的无阻尼等离子体激元模式，被发现在高温下消失。进一步发现带间隙的石墨烯的等离子体行为受到带间隙的石墨烯片所处的衬底的巨大影响，这表明在制造期望的基于石墨烯的等离子体器件时需要仔细选择衬底。
2015-04-06 cond-mat.mes-hall
Excitation of localized graphene plasmons by a metallic slit
在本文中，我们表明，石墨烯表面等离子体激元可以激发时，电磁波包撞击在一个单一的金属狭缝覆盖的石墨烯。在吸收光谱中的特征峰揭示了在狭缝上局部化的等离子体激元的激发。它示出的峰的位置可以调谐由石墨烯掺杂水平或由填充狭缝的材料的介电函数。当狭缝填充有分析物时，整个系统形成等离子体传感器的基础。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall
Broadband Focusing of Acoustic Plasmons in Graphene with an Applied Current
从理论上探讨了电流驱动的、各向同性的、具有近端金属栅的均质石墨烯中的非互易等离子体激元。附近的金属门屏幕库仑相互作用，导致线性色散声等离子体靠近其粒子-空穴连续对应物。我们表明，所施加的偏压导致光谱宽带聚焦等离子体激元的共振线宽是依赖于相对于由于朗道阻尼电流的角度方向。我们预测，前向聚焦非互易等离子体是可能的，与访问的实验参数和设置。
2021-05-06 cond-mat.mes-hall
Generation and morphing of plasmons in graphene superlattices
最近对六方氮化硼（hBN）上的石墨烯的实验研究表明，hBN不仅是一种确保石墨烯载流子优异电子特性的无源衬底，而且它通过周期性莫尔电位主动修改了它们的无质量狄拉克费米子特性。在这项工作中，我们提出了一个理论的无质量狄拉克费米子的等离子体激元激发谱的云纹超晶格。我们证明，石墨烯-hBN堆叠为等离子体提供了丰富的平台，其中等离子体模式的控制不仅可以通过静电门控发生，而且可以通过调节例如相对晶体结构来发生。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall
Coupling-Enhanced Broadband Mid-Infrared Light Absorption in Graphene Plasmonic Nanostructures
石墨烯纳米结构中的等离子体激元在几微米到几十微米的中红外应用中显示出巨大的前景。然而，石墨烯纳米结构中的中红外等离子体共振通常较弱且频带较窄，限制了其在光操纵和检测方面的潜力。在这里，我们研究了石墨烯等离子体纳米结构之间的耦合，并进一步表明，通过工程耦合，可以同时实现光-石墨烯相互作用强度的增强和光谱宽度的加宽。利用耦合的概念，我们展示了一种混合2层石墨烯纳米阵列，在整个8至14 μm（~700至1250 cm-1）波长范围内显示出5至7%的消光，覆盖了重要的大气“红外透射窗口”之一。这种耦合的混合石墨烯等离子体纳米结构可以在红外传感和自由空间通信中找到应用。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
Plasmon generation through electron tunneling in twisted double-layer graphene and metal-insulator-graphene systems
通过远场光学照明产生高度受限的等离子体激元对于技术应用似乎是不切实际的，这是由于它们与外部光的大的能量-动量失配。等离子体激元的电产生提供了一个可能的解决方案，这个问题，虽然它的性能取决于材料和几何参数的仔细选择。在这里，我们从理论上研究了石墨烯基结构，并特别显示了（i）由电介质分隔的两层石墨烯和（ii）金属$|$绝缘体$|$石墨烯三明治作为非弹性电子隧穿辅助的传播等离子体激元的发生器之间的非常不同的性能。对于双层石墨烯，我们研究了两个片之间的相对倾斜角的依赖性，并表明$4^\circ$扭转角的等离子体激元产生效率下降到其最大值的$\sim20$ \%，以完美堆叠。对于金属$|$绝缘体$|$石墨烯夹层，非弹性隧穿效率相对于双层石墨烯下降了几个数量级，而不管掺杂水平、金属$|$石墨烯分离、金属的选择和隧穿方向（金属到石墨烯或来自石墨烯）如何，我们将这一结果归因于由石墨烯狄拉克锥覆盖的表面投影金属布里渊区的小部分。我们的研究结果揭示了一个合理的容忍石墨烯晶格错位和涉及金属的结构的性能差，从而支持使用双层石墨烯作为一个最佳选择的电等离子体产生隧穿器件。
2019-02-26 cond-mat.mes-hall
High-energy plasmon spectroscopy of freestanding multilayer graphene
我们提出了几个应用程序的分层电子气模型的电子能量损失谱的自支撑薄膜组成的$N$石墨烯层的扫描透射电子显微镜。使用一个双流体模型的单层极化率，我们讨论了高能等离子体光谱与$N$的演变，并发现与最近的实验数据都与$N<10$的多层石墨烯，厚片的石墨。这些分析模型的这种应用有助于阐明在这些结构的等离子体光谱中观察到的几个特征，包括等离子体色散的作用、各种等离子体本征模的激发中的动态干扰，以及在对等离子体峰进行分类时体等离子体带而不是表面等离子体的相关性。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall
Probing Plasmons in Graphene by Resonance Energy Transfer
我们提出了一种新的方法来探测石墨烯中的电子激发，通过监测荧光猝灭的半导体量子点（或染料分子）由于共振能量转移到石墨烯片。我们展示了如何通过控制背栅电压和量子点与石墨烯之间的距离来准确提取石墨烯中等离子体激元（以及其他电子激发）的色散关系。
2011-08-16 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
Strong coupling in the far-infrared between graphene plasmons and the surface optical phonons of silicon dioxide
我们研究了静电门控的二氧化硅衬底上的石墨烯纳米带的等离子体共振。吸收光谱测量中，远红外和揭示多个峰值，与宽度依赖的共振频率。我们计算内的随机相位近似的介电函数，并表明，所观察到的光谱可以解释由表面等离子体声子极化激元模式，这是从耦合的石墨烯等离子体到三个表面光学声子模式在二氧化硅中产生的。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall
Hybrid plasmon-magnon polaritons in graphene-antiferromagnet heterostructures
我们考虑由石墨烯和绝缘反铁磁体形成的混合结构，由厚度高达$d\simeq 500 \,nm$的电介质分隔。当解耦合时，石墨烯和反铁磁表面都拥有它们自己的极化子模式，在石墨烯的情况下将电磁场与等离子体耦合，在反铁磁体的情况下将电磁场与磁振子耦合。我们表明，混合结构可以主机两种新类型的混合极化激元模式。首先，表面磁振子-等离子体激元极化激元，其色散被石墨烯层的载流子密度从根本上改变，包括群速度的符号变化。第二，表面等离子体-磁振子极化激元形成为石墨烯表面等离子体和反铁磁裸磁振子的线性叠加。这种极化激元具有两个分支的色散，由色散表面等离子体和磁振子之间的反交叉形成。我们讨论了这些新的模式结合光子，磁振子和等离子体激元，以达到新的功能的潜力。
2019-02-02 cond-mat.mes-hall
Next-nearest-neighbor Tight-binding Model of Plasmons in Graphene
本文研究了紧束缚模型中次近邻耦合对石墨烯等离激元激发谱的影响。最近邻紧束缚模型在下一篇论文中被用于计算等离子体激元光谱[1]。利用次近邻紧束缚模型推广了已有的结果。这两种方法都是基于石墨烯的介电函数和损耗函数的数值计算。在这里，我们比较了次近邻和最近邻紧束缚模型的等离子体激元谱，并发现两个模型的等离子体激元色散之间的差异。
2013-04-29 cond-mat.mes-hall
Strong plasmon reflection at nanometer-size gaps in monolayer graphene on SiC
我们采用针尖增强红外近场显微镜研究了碳化硅上外延的准独立单层石墨烯的等离子体性质。近场图像揭示了传播的石墨烯等离子体激元，以及在石墨烯层中的间隙处的强等离子体激元反射，其出现在SiC台阶之间的台阶处。当台阶高度约为1.5 nm时，其比等离子体激元波长小两个数量级，反射信号在石墨烯边缘处达到其值的20%，并且对于小至5 nm的台阶高度，其接近50%。这一有趣的观察结果得到了数值模拟的证实，并通过在石墨烯终端积累线电荷来解释。石墨烯终端处的相关电磁场在几纳米内衰减，从而阻止了跨纳米级间隙的有效等离子体传输。我们的工作表明，石墨烯基电路中的等离子体激元传播可以使用非常紧凑的纳米结构（如超窄间隙）进行定制。它还表明，尖端增强近场显微镜是一个强大的非接触式工具来检查石墨烯中的纳米级缺陷。
2013-11-25 cond-mat.mes-hall
Inter-valley plasmons in graphene
在狄拉克费米子模型中，最近研究了石墨烯中的二维（2D）等离子体波的光谱。我们考虑了紧束缚近似下石墨烯电子的整体色散关系和电动力学响应中的局域场效应。在六边形布里渊区的拐角附近的波矢附近，我们发现了具有线性光谱的新的低频2D等离子体振子模式。这些“谷间”等离子体激元模式与两个最近的狄拉克锥之间的跃迁有关。
2009-10-12 cond-mat.mes-hall
Electron-Electron Interactions and Plasmon Dispersion in Graphene
具有非抛物能带的二维电子系统（如石墨烯）中的等离子体激元具有对电子-电子相互作用的强烈依赖性。我们使用多体的方法，在长波长的朗道费米液体相互作用和准粒子速度等离子体色散。一个相同的重整化所示，出现的磁等离子体共振。对于具有N>>1费米子物质的模型，该方法预测了等离子体频率与载流子浓度的幂律依赖性，在宽范围的掺杂密度（高和低）中有效。石墨烯中等离子体激元的栅极可调谐性可以被用来直接探测电子-电子相互作用的影响。
2013-12-18 cond-mat.mes-hall
Plasmon coupling in extended structures: Graphene superlattice nanoribbon arrays
近端纳米结构中局域等离子体激元之间的相互作用是一种研究得很好的现象。在这里，我们探讨等离子体激元等离子体激元相互作用的连接扩展系统。这样的系统现在可以很容易地使用石墨烯生产。具体来说，我们采用有限元方法来研究这种相互作用的石墨烯纳米阵列与周期性调制的电化学电位或层数。我们发现了丰富的变化，在所得到的等离子体共振取决于尺寸和电化学电位（掺杂）的nanoriginates段和横向和纵向等离子体相互作用的参与。与基于众所周知的“轨道杂交模型”的预测不同，扩展系统的所得混合等离子体共振的能量可以位于各个组分的等离子体的能量之间。结果表明，石墨烯等离子体激元的宽范围的可调谐性，并可以帮助设计具有所需光谱的结构，这可用于增强电磁波谱的红外区域中的光场。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall
