Electrical Detection of Single Graphene Plasmons
等离子体激元--导电材料中电子的集体振荡--在纳米光子学中发挥着关键作用，因为它们能够耦合电子和光子自由度。特别是，石墨烯-原子薄的碳材料-中的等离子体提供了强空间限制和长寿命，伴随着来自其独特的电子能带结构的非凡光电特性。可以理解的是，这种材料对其在增强型集成器件中的应用产生了很大的期望。然而，用于检测石墨烯等离子体的有效方案仍然是一个挑战。在这里，我们表明，非常紧凑的石墨烯纳米结构能够实现单等离子体激元的片上电检测。具体来说，我们预测的两倍增加的电流在整个石墨烯纳米结构结引起的激发一个单一的等离子体激元。这种效应是由于等离子体衰变后电子温度的增加，应该在电子气体弛豫的皮秒时间间隔特征期间持续存在。我们进一步表明，一个广泛的光谱检测范围是通过电掺杂的结或通过改变纳米结构的大小。所提出的石墨烯等离子体计可以作为未来无光学集成纳米等离子体器件的基本组成部分。
2018-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Surface Plasmon Assisted Gentle Ablation of Nanostructures by Femtosecond Oscillator
我们实验证明，使用亚波长的光学纳米天线，以协助温和的纳米结构的消融直接使用超低通量从钛：蓝宝石振荡器通过激发表面等离子体波。我们表明，这种烧蚀机制是相同的金属和电介质。烧蚀阈值的解析解与实验结果吻合得很好。表面等离子体辅助的纳米尺度局部增强烧蚀提供了一种对纳米结构进行纳米加工、操作和改性而不对材料造成附带热损伤的方法。结果表明，这种烧蚀方法可以沉积出低密度、高质量的纳米薄膜。
2017-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Sub-wavelength localized all-optical helicity-independent magnetic switching using plasmonic gold nanostructures
本文通过在GdTbCo薄膜上沉积等离激元金纳米结构，利用单束飞秒激光脉冲激发，实现了临界尺寸低至240 nm的亚波长局域全光无螺旋度磁性翻转，为高密度磁记录提供了新途径。
2024-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum Electrodynamics is Crucial for Plasmonic Resonance of Metallic Nanostructures
金属纳米结构的等离子体共振是由入射光驱动其传导电子的相干运动引起的。在共振时，纳米结构中的感应偶极子与传导电子的数量成比例，因此比原子中的感应偶极子大$10^{7}$倍。感生偶极子与入射光的涨落虚场之间的相互作用能可达零点几eV。因此，经典的电磁学主导的领域变得不够。我们认为，量子电动力学（QED）应该代替作为基本理论来描述虚场及其与电子的相互作用。基于量子电动力学，我们推导出等离子体共振频率的解析表达式，它取决于三个容易获得的材料参数。分析理论与实验数据吻合得很好，可用于材料的合理设计。
2015-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics of magnetic and topological graphene-based nanostructures
石墨烯是研究等离子体激元基本极限的独特材料。除了最终的单层厚度之外，其载流子浓度可以通过化学掺杂或施加电场来调节。以这种方式，石墨烯的电动力学性质可以从高导电性变化到介电性。石墨烯在从太赫兹到中红外频率的宽光谱范围内支持强烈受限的传播表面等离子体激元（SPP）。它还具有强的磁光响应，因此提供了互补的架构，以传统的磁等离子体的基础上磁光活性金属或铌酸锂。尽管有大量的评论文章致力于石墨烯的等离子体特性和应用，很少有人知道石墨烯的磁等离子体和拓扑效应在石墨烯基纳米结构，这是本文的主要主题。我们讨论了几种策略，以提高拓扑结构不同的封闭表面景观，即石墨烯纳米管，圆柱形纳米腔和环形纳米结构的等离子体效应。综述了手征亚结构上的强非对称SPP传输现象以及结构拓扑指数与等离子体拓扑指数之间的基本关系。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
From hollow gold nanoparticles to gold nanorings: Morphological tunability of the plasmonic response
利用聚赖氨酸氢溴酸盐（PLL）作为还原剂和稳定剂，可以对中空金纳米粒子（HGNP）的光学和形貌进行精细修饰。我们调查本地的等离子体响应这些纳米结构的电子能量损失谱（EELS）。等离子体激元激发解释离散偶极近似（DDA）模拟。我们证明，这种控制自上而下的形态修改的光学响应的微调是可能的。与传统的光刻技术不同，这是使用湿化学以受控的方式实现的，使得这些纳米结构能够用于广泛的等离子体应用，包括生物医学，催化和量子通信。
2014-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Band-edge Bilayer Plasmonic Nanostructure for Surface Enhanced Raman Spectroscopy
大生物分子的光谱分析在许多应用中至关重要，包括医学诊断和无标记生物传感。最近，已经表明蛋白质的拉曼光谱可以用于诊断一些疾病，包括几种类型的癌症。然而，这些实验已经使用传统的拉曼光谱进行，并且适合于大生物分子的表面增强拉曼光谱（SERS）测定的发展可能导致这些实验所需的样本量的大幅减少。我们提出了一种新的方法来实现高的局部场增强表面增强拉曼光谱通过同时调整的晶格等离子体激元和局部表面等离子体激元极化激元，在一个周期性的双层纳米天线阵列，在传感区域的高增强因子，具有相对较高的均匀性。所提出的等离子体纳米结构由两个相互作用的纳米天线层组成，提供尖锐的带边晶格等离子体模式和宽带局部表面等离子体，用于分别增强泵浦和发射的拉曼信号。我们证明了应用所提出的纳米结构的光谱分析的大生物分子结合蛋白质（链霉亲和素）选择性的热点之间的两个堆叠层，使用低浓度的溶液（100 nM），我们成功地获得其SERS光谱。
2015-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Can Copper Nanostructures Sustain High-Quality Plasmons?
银被认为是等离子体材料中的王者，因为与其他金属相比，它在可见光和红外（vis-IR）光谱区域具有低的非弹性吸收。相比之下，铜通常被认为对于等离子体激元应用而言损耗太大。在这里，我们通过实验证明了长铜纳米线（NW）的可见光-红外等离子体，其品质因数超过60的值，由空间分辨，高分辨率电子能量损失谱（EELS）测量确定。我们解释了这个违反直觉的结果，事实上，这些金属线中的等离子体激元的大部分电磁能量都在金属之外，因此，它们对材料中的非弹性损耗不太敏感。我们提出了一个广泛的一组数据上获得的长银和铜纳米线的不同直径的支持这一结论，并进一步让我们了解等离子体激元的辐射和非辐射损失所发挥的相对作用，跨越了广泛的能量下降到$<20\,$毫电子伏。在这样小的等离子体激元能量下，这些模式的热布居变得足够显著，以使得能够观察到与等离子体激元吸收事件相关联的电子能量增益。我们的研究结果支持使用铜作为一个有吸引力的廉价和丰富的材料平台，高品质的等离子体激元在细长的纳米结构。
2020-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Universal nature of collective plasmonic excitations in finite 1-D carbon-based nanostructures
Tomonaga-Luttinger（TL）理论预测了有限长度的一维纳米结构导体中的集体等离子体共振，其变化大致与结构的长度成反比。深入的定量了解这种共振，还没有明确确定在实验中，到目前为止，将是非常宝贵的未来几代的纳米光子和纳米电子器件，采用1-D导体。在这里，我们提供的等离子体共振在一些代表性的1-D有限的碳基纳米结构使用第一原理计算电子光谱研究的证据。我们的专用实时空间/实时全电子时间依赖密度泛函理论（TDDFT）模拟器可以执行激发态计算，以获得正确的频率为已知的光学跃迁，并捕捉各种纳米效应，包括集体等离子体激元激发。一维等离子体激元的存在是普遍预测的各种数值实验，这也证明了共振分裂的现象。对于所研究的金属碳纳米管，等离子体激元预计与无限长一维结构的T-L等离子体激元有关。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-crystalline Aluminum Nanostructures on Semiconducting GaAs Substrate for Ultraviolet to Near-infrared Plasmonics
铝作为一种用于等离子体的金属材料，由于其将表面等离子体共振的应用扩展到紫外（UV）区域并且在天然丰度、成本和与现代半导体制造工艺的兼容性方面优于贵金属而引起极大兴趣。在这里，我们提出了紫外近红外（NIR）等离子共振单晶铝纳米缝和纳米孔。采用分子束外延（MBE）方法在半导体GaAs衬底上生长了超光滑的单晶铝膜，利用聚焦离子束（FIB）铣削技术在其上制备了高清晰度的纳米结构。单晶铝膜由于超光滑的表面而显示出改善的反射率和降低的双光子光致发光（TPPL）。线性散射和非线性TPPL进行了详细研究。纳米缝阵列显示出清晰的类Fano共振，纳米孔被发现支持光子模式和局域表面等离子体共振。我们还发现，TPPL的产生是更有效的激发偏振平行，而不是垂直于铝膜的边缘。这种违反直觉的现象归因于GaAs衬底的高折射率。我们表明，从铝TPPL的偏振很好地保留了激发极化，是独立的薄膜或基板的晶体取向。我们的研究深入了解了高折射率半导体GaAs衬底上铝纳米结构的光学性质，并说明了一个实用的路线，以实现等离子体器件到半导体上的未来混合纳米器件。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multilayered plasmonic nanostructures for solar energy harvesting
利用Mie理论和热传导方程对核壳壳结构Au@SiO2@Au纳米结构的光学性质及其在太阳能收集方面的应用进行了理论研究。与体金介电函数的尺寸相关的修改的理论分析与以前的实验结果吻合得很好。我们使用适当的吸收截面，以确定的太阳能吸收效率的纳米异质结构，这是强烈的结构依赖性，并预测随时间变化的温度增加的纳米壳溶液在模拟太阳照射。与以前的温度测量和太阳能转换效率的理论评估进行了比较，讨论了潜在的机制提供新的见解。我们的方法将加速太阳能收集中的材料和结构测试。
2018-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonreciprocal plasmons in one-dimensional carbon nanostructures
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚研究高级学院）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（POLIMA-极化激元驱动光物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高等研究院，南丹麦大学）
本研究通过偏置石墨烯纳米带和碳纳米管实现非互易等离子体控制，揭示电偏压可打破互易性，为非互易纳米光子学提供新平台。
2025-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Atomically flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry
高清晰度等离子体纳米结构的深亚波长集成对于开发用于高速通信、量子计算和芯片实验室应用的未来光学纳米电路具有关键重要性。到目前为止，由多个功能元件组成的扩展等离子体网络的实验实现仍然具有挑战性，这主要是由于常用的热蒸发金层的多结晶性。在单个电路元件中产生的结构缺陷将大大降低功能集成纳米电路的产量。在这里，我们展示了使用非常大（>100 μ m^2）但薄（<80 nm）的化学生长单晶金薄片，固定后，作为聚焦离子束铣削和其他自上而下的纳米纤维技术在任何所需的基板上的理想基础。使用这种方法，我们获得了高清晰度的超光滑的金纳米结构，具有优越的光学性能和可重复的纳米尺寸的功能超过微米的长度尺度。我们的方法提供了一个可能的解决方案，以克服目前的制造瓶颈，实现高清晰度的等离子体纳米电路。
2010-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Asymmetrical plasmon distribution in hybrid AuAg hollow/solid coded nanotubes
纳米尺度的形态控制为制造具有所需等离子体特性的纳米结构铺平了道路。我们报告了两种不同的AuAg纳米管的一维中空纳米结构中的等离子体共振的纳米工程;完全中空的纳米管和包括实心Ag和中空AuAg段的混合纳米管。空间分辨等离子体映射的电子能量损失谱（EELS）揭示了存在的高阶谐振子样模式和本地化的表面等离子体共振（LSPR）模式在这两个纳米管。实验结果准确地与边界元法（BEM）模拟，其中实验和模拟显示，等离子体共振强烈存在于纳米管内，由于等离子体杂化。基于实验和模拟结果的报告，我们表明，新的混合金银纳米管具有两个显着的共存功能：（i）LSPR已经从混合AuAg纳米管的中空部分和实心部分独特地产生，这开辟了用一个单一纳米结构控制宽范围等离子体共振的途径，以及（ii）高-有序模式由于实心和空心部分的相互作用引起的等离子体杂化而被破坏，导致1D纳米结构中的不对称等离子体分布。不对称性可以被调制/工程化，导致控制编码的等离子体纳米管。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Theoretical model for plasmonic photothermal response of gold nanostructures solutions
利用瞬态生物热方程和扩展的Mie理论研究了分散在水中的金核壳纳米粒子和纳米棒的光热效应。正确计算吸收截面是确定溶液温度升高的一个极其重要的里程碑。假设纳米结构随机且均匀地分布在溶液中。与以前的实验相比，我们的理论温度增加激光照射过程中提供，在各种系统中，既合理的定性和定量协议。这种方法可以是一个高度可靠的工具来预测光热效应在实验上未探索的结构。我们还验证了我们的方法，并讨论其局限性。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DNA-based Self-Assembly of Chiral Plasmonic Nanostructures with Tailored Optical Response
在金属纳米结构中产生的表面等离子体共振可以用于定制电磁场。这种结构的精确空间排列可以产生令人惊讶的光学特性，这些特性在任何天然存在的材料中都没有发现。在这里，设计的活动出现在集体效应的单一组件配备有限的个人功能。通过常规光刻方法自上而下制造具有在可见光范围内的预先设计的光学响应的等离子体材料由于其有限的分辨率、缩放的复杂性以及将这些技术扩展到三维架构的困难而仍然具有挑战性。分子自组装提供了一种替代途径来产生这种材料，其不受上述限制的约束。我们演示了如何DNA折纸方法可以用来生产等离子体材料与定制的光学响应在可见波长。利用3D DNA折纸的组装能力，我们将空间精度为2 nm的金属纳米颗粒排列成纳米级螺旋。螺旋结构在溶液中以大规模平行的方式组装，并具有接近定量的产量。作为一个设计的光学响应，我们产生了巨大的圆二色性和光学旋转色散在可见光范围内，起源于集体等离子体激元-等离子体激元相互作用内的纳米螺旋。我们还表明，通过改变金属纳米颗粒的组成，可以通过可见光谱调谐的光学响应。观察到的效果与入射光的方向无关，并且可以通过设计在左手和右手方向之间切换。我们的工作展示了从精确设计的纳米组装生产复杂的散装材料，并突出了DNA自组装用于制造等离子体纳米结构的潜力。
2011-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
