Plasmonic Spin Meron Lattices with Height-Sensitive Topology Evolution
Institute of Photonics Technologies, National Tsing Hua University（国立清华大学光子技术研究所）
通过圆极化照明控制金属正方形耦合结构上方等离子体自旋梅隆晶格的拓扑切换，揭示高度敏感的拓扑演化机制。
2026-02-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
On Nature of Plasmon Drag Effect
在考虑非平衡电子动力学和热化过程的等离子体压力机制框架下，从理论上讨论了等离子体材料中轻物质的动量转移。我们表明，我们的方法解释了实验观察到的等离子体激元相关的电动势和吸收之间的关系，并允许一个正确的预测等离子体激元的阻力电动势在平坦的金属薄膜的大小。我们将我们的理论扩展到具有调制轮廓的金属膜，并表明等离子体激元能量和动量转移之间的简单关系在相对较小的高度调制幅度和层流电子漂移近似下成立。为进一步研究纳米结构金属中形状控制的等离子体激元阻力奠定了理论基础。
2016-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Large quantum nonreciprocity in plasmons dragged by drifting electrons
本文预测并验证了源自布洛赫波函数量子度规的量子等离激元多普勒频移，在扭转双层石墨烯中实现高达20%的非互易性，证明其在莫尔系统中优于经典机制。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Laser-launched evanescent surface plasmon polariton field utilized as a direct coherent pumping source to generate emitted nonlinear four-wave mixing radiation
提出了一种基于表面等离子体激元（SPP）的四波混频（4 WM）概念，利用激光发射的倏逝SPP场作为相干泵浦源，直接参与介质/金属界面的非线性4 WM过程。由于局部场增强效应，预期所得4 WM辐射的转换效率将显著增加。通过数值模拟进一步研究了在空气/金膜和石墨烯片/金膜界面处实施该概念的可行性。这一概念在新兴的纳米光子学、光电子学和有源等离子体学中的应用前景诱人。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
A hydrodynamic model approach to the formation of plasmonic wakes in graphene
使用静电近似中的流体动力学模型，我们描述了当电荷垂直或平行于石墨烯片运动时石墨烯表面等离子体的形成。在第一种情况下，计算电子的电子能量损失（EEL）光谱，表明光谱中的共振与石墨烯表面等离子体的频率有关。在第二种情况下，我们讨论了由于电荷运动引起的表面等离子体激元的拖曳而形成的等离子体激元尾迹。这种效应类似于彼此相距一定距离的两个电子气体之间的库仑阻力。我们推导出简单的表达式，由石墨烯上的移动电荷引起的静电势。我们发现一个分析表达式的角度的等离子体激元唤醒有效的两个相反的制度。我们发现，有一个过渡，从马赫型唤醒在高速开尔文型唤醒在低的，并确定弗劳德数等离子体尾迹。我们表明，弗劳德数可以控制外部调谐两个费米能在石墨烯和环境的介电函数，船舶尾流中没有平行的情况。使用EEL，我们提出了一个来源的石墨烯等离子体，基于石墨烯鼓内置在金属波导和激活的电子显微镜的尖端创建的电子束。我们还介绍了等离子体台球的概念。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall
Exact solution for driven oscillations in plasmonic field-effect transistors
高迁移率场效应晶体管可以作为太赫兹辐射的共振探测器，由于在沟道中的等离子体激元的激发。这些器件的建模以前要么依赖于近似技术，要么依赖于复杂的全波模拟。在本文中，我们得到了一个精确的解决方案，驱动电振荡的等离子体场效应晶体管与现实的接触几何。所得到的解决方案突出了近的接触，定性地修改检测器的响应光谱激发的倏逝等离子体波的重要性。我们推导了等离子体场效应晶体管的交流浮置电极上的边界条件，该边界条件介于开路（Dyakonov-Shur）和短路（箝位电压）边界条件之间。在这两种极限下，FET光电压都具有共振条纹，然而，电压的绝对值在开路状态下更大。
2018-06-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Plasmonic generation of spin currents
表面等离子体激元，金属纳米结构中的自由电子集体振荡，提供了丰富的途径来操纵光-电子相互作用，可以局部化光能并改变亚波长尺度的电磁场分布。因此，等离子体激元学的研究领域将纳米光子学与电子学相结合。相比之下，电子学也进入了自旋电子学的新时代，自旋电流在驱动设备中发挥着核心作用。然而，等离子体激元和自旋电流物理学到目前为止是独立发展的。在这里，我们演示了表面等离子体激元产生的自旋电流。使用嵌入在Pt/BiY 2Fe 5 O 12双层膜的Au纳米粒子，我们表明，当Au纳米粒子满足表面等离子体共振条件时，在Pt/BiY 2Fe 5 O 12界面上产生自旋电流。这种等离子体激元自旋泵的结果从非平衡态的表面等离子体激元诱导的倏逝电磁场的BiY 2Fe 5 O 12层激发的自旋。这种等离子体激元自旋泵浦将振兴自旋电流物理学的研究，并为未来基于自旋的等离子体器件铺平道路。
2014-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Electron Diffraction by Plasmon Waves
一个电子束穿过结构化的等离子体激元场进行衍射与弹性和非弹性的传出电子组件的特征角图案。特别地，等离子体激元{ \it光栅}（例如，由薄膜中的两个反向传播的等离子体形成的驻波）产生与交换的等离子体的净数目相同的奇偶性的衍射级。大的衍射光束分数预测发生现实的等离子体激元强度在可达到的几何形状，由于相位和幅度的变化的组合，局部压印在通过的电子波。我们的研究为研究电子束与倏逝光场之间的多光子交换开辟了新的前景，其中电子波函数的横向分量的影响是未知的。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall
The Birth of a Plasmonic Topological Quasiparticle on the Nanofemto Scale
在经典和量子物理学的界面上，麦克斯韦方程和薛定谔方程描述了光场如何在太赫兹或兆赫频率和超小尺度上驱动和控制电子现象，以实现光波电子学。光撞击金属表面会触发电场-电子粒子/波相互作用，从而在阿秒时间尺度上相干地压印和传递其属性。在这里，我们创建一个新的准粒子的光场集体电子相互作用的几何相位的设计创建一个等离子体拓扑自旋角动量纹理的超快光发射电子显微镜和图像。自旋织构类似于磁性meron准粒子的自旋织构，局域在1/2光波长内，存在于等离子体场的~20 fs（2^10-14 s）时间尺度上。准粒子产生于纳米结构的银膜中，其将相干线偏振光脉冲转换成具有定制几何相位的倏逝表面等离子体激元光-电子波以形成等离子体激元涡旋。超快相干显微成像的电磁波传播的本地速度为255 nm/fs的光，电磁模拟和解析理论发现一个新的准粒子内的涡核，拓扑自旋性质的一个介子，定义的光场和样品的几何形状。新的准粒子是一种超快的拓扑缺陷，其手征场打破了纳米尺度上的时间反演对称性;它的创建，对称性破缺拓扑和动力学属于范围从宇宙结构创建到量子液体和气体中的拓扑相变的背景，并可能作为纳米尺度上的量子信息的换能器。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall
Large-scale dynamic assembly of metal nanostructures in plasmofluidic field
我们讨论了两个方面的等离子体纳米结构在金属流体界面的等离子体流体组装。首先，我们通过实验展示了三点和四点倏逝波激发如何导致等离子体纳米粒子在金属流体界面处的非常规组装。我们观察到，组装模式主要是由在金属流体界面的等离子体干涉图案，并进一步导致有趣的动力学效应内组装。通过三维时域有限差分模拟证实了干涉图案。其次，我们展示了各向异性的几何形状，如银纳米线，可以组装和排列在非结构化和结构化的等离子体流体领域。我们发现，通过结构化的金属膜，银纳米线可以对齐在金属流体界面与一个单一的倏逝波激发，从而突出了在流体中组装等离子体电路的前景。我们的方法的一个有趣的方面是，我们在远离激发点的位置处获得组装，从而导致纳米结构的远程组装。本文讨论的结果可能在实现用于可重构等离子体超材料的平台和用于理解等离子体干涉对流体中纳米结构组装的影响的测试台方面具有意义。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Universal Right-Hand Chirality of Evanescent Vector Fields
School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院）；King Fahd University of Petroleum and Minerals（阿卜杜拉国王科技大学）；Zhejiang Key Laboratory of Micro-Nano Quantum Chips and Quantum Control, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院微纳量子芯片与量子控制浙江省重点实验室）；WPI-AIMR and IMR and CSIS, Tohoku University（东北大学WPI-AIMR、材料研究所和CSIS）
本文证明任何沿传播方向倏逝的无源矢量场，其自旋与传播方向和界面法线之间必然满足右手锁定关系，并推导出手性指数的上界。
2026-06-01 cond-mat.mes-hall
Experimental observation of transverse spin of plasmon polaritons in a single-crystalline silver nanowire
报道了在等离子体激元单晶银纳米线中激发的表面等离子体激元的横向自旋和自旋动量锁定的实验观察。与在金属膜中激发的SPP相反，沿NW的长轴（$x$轴）传播的倏逝SPP模式的电磁场分量可以沿两个纵向平面（$y$和$z$平面）衰减，导致两个正交的横向自旋分量（$s_z$和$s_y$）。在纵向平面（$x$）中的衰减SPP模式信号的相反圆偏振分量的分析揭示了信号的自旋相关偏置，因此存在横向自旋分量（$s_z$）。傅立叶平面中相应的横向自旋密度（$s_3$）揭示了自旋-动量锁定，其中自旋的螺旋度由SPP倏逝波的波矢量分量决定。此外，三维数值计算的结果得到证实。所呈现的结果展示了如何利用化学制备的等离子体AgNW来研究倏逝波中的光学自旋，并且可以外推以探索亚波长效应，包括定向自旋耦合和光学纳米操纵。
2021-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Optical Rectification and Field Enhancement in a Plasmonic Nanogap
金属纳米结构充当强大的光学天线[1，2]，因为当光撞击纳米结构的表面时，金属中的电子流体的集体模式被激发。这些被称为等离子体激元的激发可以具有比入射电磁场大几个数量级的瞬逝电磁场。最大的场增强通常发生在等离子体活性纳米结构之间的纳米间隙中[3，4]，但是直接测量这种间隙中的场是非常具有挑战性的。这些增强的场在表面增强光谱学[5-7]、非线性光学[1，8-10]和纳米光子学[11-15]中具有应用。在这里，我们表明，金电极之间的非线性隧道传导由亚纳米间隙分离导致光整流，产生直流光电流时，间隙被照亮。将该光电流与低频传导测量进行比较，我们确定了纳米间隙的隧穿区两端的光频电压，以及隧穿区中的电场的增强，作为间隙尺寸的函数。测量的场增强超过1000，与表面增强拉曼测量的估计一致[16-18]。我们的研究结果突出了需要更现实的理论方法，能够模拟金属纳米结构的电磁响应的尺度范围从自由空间波长，$λ$，到$\sim λ/1000$，并与新材料，不同的波长和不同的入射偏振的实验。
2011-03-31 cond-mat.mes-hall
Plasmofluidic Single-Molecule Surface Enhanced Raman Scattering from Dynamic Assembly of Plasmonic Nanoparticles
单分子表面增强拉曼散射（SM-SERS）是等离子体纳米粒子的重要应用之一。SM-SERS灵敏度关键取决于在这种纳米颗粒附近产生的等离子体热点。在传统的液相SM-SERS实验中，等离子体热点通过纳米颗粒的化学聚集来促进。这种聚集通常是不可逆的，因此，纳米颗粒不能再分散在流体中以供进一步使用。在这里，我们展示了如何将SM-SERS与等离子体极化激元辅助的等离子体纳米粒子在非结构化金属-流体界面的可逆组装相结合。我们的方法的一个独特的特点是，我们使用一个单一的倏逝波光激发的纳米粒子组装，操纵和SM-SERS测量。此外，通过利用在金属-流体界面处的等离子体激元的双重激发，我们创建了金属纳米颗粒的相互作用组件，其可以进一步用于分散纳米结构的动态光刻。我们的工作将在实现光学寻址，等离子体流体，单分子检测平台的影响。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Doughnut shaped emission from vertical organic nanowire coupled to thin plasmonic film
垂直纳米线促进了一种创新机制，在正交方向上引导光场，并充当纳米级光源。亚波长，垂直取向的纳米线平台，无论是等离子体和半导体品种可以促进有趣的远场发射分布和潜在的携带轨道角动量状态。受这些前景的启发，在这封信中，我们展示了如何利用混合等离子体-有机平台来设计远场辐射。我们所采用的系统是由二氨基蒽醌在等离子体金膜上生长制成的有机纳米线。我们利用倏逝波激发和傅立叶平面显微镜，实验和数值研究了从一个单一的，垂直的有机纳米线的表面等离子体极化激元介导的发射的角分布。从单根纳米线的光致发光和弹性散射分别分析在平面动量态的耦合光子。我们发现，发射是甜甜圈形状的光致发光和弹性散射制度。我们预计，讨论的结果可以在设计有效的，极化激元介导的纳米光子源，可以携带轨道角动量状态相关。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Evanescent Optothermoelectric Trapping: Deeper Potentials at a Largescale
本文提出倏逝光热电陷阱机制，通过热电效应克服光学力和流体动力，在低功率下实现大规模、可逆且不受颗粒形状尺寸材料限制的纳米颗粒稳定组装。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Plasmon Fizeau drag in 3D Dirac and Weyl semimetals
本文针对三维 Dirac 和 Weyl 半金属开发了包含耗散损耗的等离激元 Fizeau 拖曳理论，预测了单向传输窗口，并提出通过光学泵浦增强非互易性的新方法。
2024-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Spin-Hall Effect of propagating Surface Plasmon Polaritons in Ni$_{80}$Fe$_{20}$ microstructures
银和金微结构表面等离子体激元的光激发和成形是近年来等离子体激元自旋霍尔效应的重要发现。银由于其异常低的等离子体频率和弱阻尼而通常是选择的材料，但铁磁金属的类似观察结果尚未报道。在这项工作中，我们报告了在Ni $_{80}$ Fe $_{20}$微结构上传播SPPs的光电子发射电子显微镜（PEEM）成像结合可调谐飞秒激光系统在MHz的重复率。阈值PEEM中的圆二向色性（CD）图像显示出清晰的边缘诱导SPP，其具有亚微米波长和约3.5 $μ$ m的传播长度。的干涉图案，以及所观察到的条纹场的光学自旋角动量的耦合的分析揭示专属倏逝波的传播特性和等离子体自旋霍尔效应的存在。我们的工作提供了直接的证据，许多材料具有高等离子体频率允许激发和观察传播SPP在电介质/金属界面通过CD PEEM成像，使磁等离子体调查常见的铁磁体纳米长度和飞秒时间尺度。
2021-06-04 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
Probing the Hydrogen Enhanced Near-Field Emission of ITO without a Vacuum-Gap
带电粒子的热波动，类似于布朗运动的波动，可以激发光学表面状态，导致热近场的概念，热近场是高度局部化的，并且因此是存在于远小于热发射波长的距离处的状态的倏逝光密度。通过将表面电荷发射的光子隧穿到附近的波导中，热可激发的近场光态密度可以被增强、工程化并有效地提取到远场用于观察。用这种技术，等离子体激元热近场的10 nm厚的ITO膜，已知具有等离子体激元活性在1500 nm波长范围内，在外部照明下，并在873 K的热激发下探测。结果证实，波导提供了一个大密度的光学通道与空间重叠和k矢量匹配，以促进等离子体激元去激发在近场通过光子隧穿提取到远场。此外，它示出的热近场可以观察到，而不引入真空间隙，这个特定的方法所特有的功能。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall
Selective damping of plasmons in coupled two-dimensional systems by Coulomb drag
本文研究库仑拖曳对平行二维系统中等离子体模式的影响，发现其会对耦合双层中的一个基本等离子体模式产生选择性阻尼，具体抑制模式取决于两层掺杂类型，为通过光学和微波散射实验探测二维电子系统中的库仑相互作用强度提供了新途径。
2023-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transmission Lines and Meta-Materials based on Quantum Hall Plasmonics
微波传输线的特性阻抗通常被限制为值$Z_0$ = 50 $ Ω$，部分原因是自由空间的低阻抗以及可用常规材料实现的介电常数和磁导率的有限范围。在这里，我们建议的可能性，构建高阻抗传输线，利用边缘态的等离子体响应与门控器件中的量子霍尔效应。我们分析了基于分布式网络和集总元件电路的量子霍尔传输线的各种实现，包括寄生电容和库仑拖曳效应的详细说明，这可以修改设备的性能。我们还设想了一种超材料结构，包括量子霍尔液滴阵列，并分析其不寻常的性质。这种结构的实现有望在芯片上有效地堆叠量子线路，以及在半导体量子比特和微波光子之间实现强耦合。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Studying electron beam coherence using plasmon interference
NWO-Institute AMOLF（荷兰光学物理研究所）；Center for Nanophotonics（纳米光子学中心）
该研究通过离焦电子束激发氮化硅薄膜、单电子倏逝场激发等离激元散射体的实验验证了电子束相干性的相关预测，并提出可通过光与后选电子态关联恢复相干性的测量方案。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall
Theory of plasmonic effects in nonlinear optics: the case of graphene
我们发展了一个电子-电子相互作用修正的微观大$N$理论，用于描述二阶和三阶非线性响应函数的多足费曼图。我们的理论，这减少到众所周知的随机相位近似的线性响应极限，是完全通用的，是有用的，以了解所有的二阶和三阶非线性效应，包括谐波产生，波混频，和光子阻力。我们应用我们的理论框架的情况下，石墨烯，进行微观计算的相互作用的二维（2D）气体的无质量狄拉克费米子的二阶和三阶非线性响应函数。我们将我们的结果与最近的测量结果进行比较，其中石墨烯等离子体激元的全光发射已经凭借这种反转对称的2D材料的准均匀二阶非线性响应的有限性实现。
2016-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scaling behavior of the degree of circular polarization of surface plasmon polariton
本研究揭示表面等离激元极化激元圆偏振度随有效折射率的幂律标度规律，推广至手性发射体耦合方向性，提出增强光-谷相互作用的手性光子平台，为手性纳米光子系统设计提供准则。
2024-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photocurrent Enhancement of Graphene Photodetectors by Photon Tunneling of Light into Surface Plasmons
我们证明了通过相邻电介质的光子隧穿激发的表面等离子体共振增强了石墨烯光电探测器检测到的光电流。该装置是通过将石墨烯片覆盖在沉积在玻璃上的金膜中的蚀刻间隙上来创建的。检测到的光电流进行比较，为五个不同的激发波长，从nm到nm。与s-偏振光（没有表面等离子体激元共振）相比，用入射p-偏振光（共振表面等离子体激元激发的情况）激发的光电流被显著放大。我们观察到，光电流是更大的较短的波长（s和p-偏振），由于增加光热电流产生更高的阻尼在较短的波长激发的表面等离子体激元。光激发的石墨烯光电探测器的位置相关拉曼光谱分析表明金属边缘附近存在载流子。此外，我们表明，光电流的极性开关的间隙作为入射光穿过间隙移动的斑点。基于石墨烯的光电探测器提供了一种简单的架构，其可以在电介质波导上制造以利用用于检测的倏逝场的等离子体光电流增强。这些器件的应用包括光电检测、光学传感和直接等离子体检测。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon modes in monolayer and double-layer black phosphorus under applied uniaxial strain
本文利用线弹性理论研究了在长波范围内，施加面内单轴应变对单层、双层和双层磷烯结构等离子体激元色散的影响。在低能量极限下，这些效应可以通过沿扶手椅和Z字形方向的各向异性能带的曲率变化来建模。我们推导出单轴应变下的等离子体激元模式的解析关系，并表明所施加的应变的方向是很重要的。此外，我们观察到沿扶手椅方向，等离子体色散随应变的变化是不同的，比沿锯齿形方向的变化大。利用两层磷烯系统的解析关系，我们发现层的应变依赖的取向因子可以被认为是一种手段来控制等离子体激元能量的变化。此外，我们的研究表明，等离子体激元集体模式更受影响时，应变相等地施加到层的情况下，其中应变不对称地施加到层。我们还计算了应变对双层磷烯结构中的拖曳电阻率的影响，并得到了等离子体激元激发的变化，由于施加的应变，是主要负责预测的结果。这一研究可以很容易地推广到其他各向异性二维材料。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall
