Surface plasmon polaritons in topological insulator
研究了拓扑绝缘体-真空界面上的表面等离子激元。当铁磁耦合导致时间反演对称性破缺时，表面态表现出磁光克尔效应。这种效应产生了一种新的横向型表面等离子体激元，除了纵向型。具体地说，这两种类型包含三个不同的通道，对应于菲涅耳反射矩阵行列式的极点。所有三个通道的表面等离子激元显示紧密的限制，长寿命，并显示出强烈的光-物质耦合的偶极发射。
2014-04-18 cond-mat.mes-hall
Chiral edge plasmons in quantum anomalous Hall insulators
Beijing Forestry University（北京林业大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究发现贝里曲率使量子反常霍尔绝缘体中沿相反方向传播的边缘等离激元分裂，即使陈数为零时也存在单向边缘等离激元，其群速度符号在大波矢下反转，为近期实验观测提供了定量解释。
2024-04-22 cond-mat.mes-hall
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
Double-layer graphene and topological insulator thin-film plasmons
我们提出了耦合无质量狄拉克二维电子系统的光学和声学等离子体激元集体模式的数值和分析结果。我们的研究结果适用于拓扑绝缘体（TI）薄膜和两个石墨烯片由薄的电介质阻挡层分开。我们发现，由于强体介电屏蔽TI声学模式被锁定到顶部的粒子-空穴连续，因此可能无法观察到。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Spin-charge separation of plasmonic excitations in thin topological insulators
我们讨论了拓扑绝缘体薄板中的等离子激元激发。在两层表面态没有杂化且电子密度相同的情况下，顶层和底层之间的静电耦合导致光和声等离子体激元，它们是纯粹的电荷和自旋集体振荡。然后，我们认为最近关于Bi 2Se 3的等离子体激元激发的实验[Di Pietro等人，Nat. Nanotechnol. 8，556（2013）]必须通过包括两个表面下方的耗尽层的二维电子气的电荷响应来解释。我们还提出了一个分析公式来拟合他们的数据。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in Dirac systems: from graphene to topological insulators
本文综述了石墨烯等狄拉克体系等离子体激元学的最新研究进展，并对标准模型和技术作了全面介绍。特别是，我们通过流体动力学方程和随机相位近似讨论了单层和双层石墨烯的内禀等离子体激元激发，但也评论了双层和多层结构。此外，我们解决狄拉克系统的延迟限制，也与大自旋轨道耦合，包括拓扑绝缘体。最后在附录中总结了电荷、电流和光子线性响应函数的基本性质。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall
Controlling electrical conduction through noble metal thin films by surface plasmon resonance
由光-物质相互作用引起的表面电荷（表面等离子体激元）的集体振荡在20世纪50年代被预测会影响2D贵金属的导电性。影响金属中电子输运的机制主要有两种：（1）Umklapp电子-电子散射和（2）过渡金属中自由电子之间的相互吸引作用，这是由于d带电子被s带电子屏蔽。[1]然而，到目前为止，还没有实验证据表明这种振荡如何影响二维金属的电导率。我们对金薄膜的表面等离子体激元和电阻率进行了原位测量。我们观察到贵金属薄膜的电阻率和表面等离子体共振之间有着显著的相关性
2020-06-18 cond-mat.mes-hall
Propagation of Surface Plasmon Polaritons in Thin Films of Topological Insulators
研究了表面等离子激元在拓扑绝缘体薄膜中的传播。所考虑的材料是第二代三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$、Bi $_2$ Te $_3$和Sb $_2$ Te $_3$。色散关系和传播长度的数值估计，考虑到拓扑绝缘体以及基板使用Drude-Lorentz模型的体介电函数的变化。确定了影响传播长度的关键因素，并提出了修改色散关系的方法。对Bi $_2$ Se $_3$的实验数据与理论值之间的明显差异提出了解释。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall
Observation of Dirac plasmons in a topological insulator
等离子体激元是金属和杂质半导体中电子的量子化集体振荡。很长一段时间以来，普通的大质量电子的等离子体激元是等离子体激元学和光学超材料研究的基本成分。相反，最近在纯二维电子系统（2DEG）（如石墨烯）中观察到了无质量狄拉克电子的等离子体，它们的特性有望成为太赫兹和中红外频率范围内的新型可调谐等离子体超材料。狄拉克准粒子也存在于二维电子气中，由于强的自旋-轨道相互作用，二维电子气形成于拓扑绝缘体的表面。因此，人们可以通过使用红外光谱来寻找它们的集体激发。在这里，我们首先报告了在拓扑绝缘体（Bi 2Se 3）中的等离子体激元激发的证据，该等离子体激元激发被设计成不同宽度W和周期2 W的薄微带阵列以选择等离子体激元波矢量k的合适值。他们的线形被发现是非常强大的温度在6和300 K之间，正如人们可能期望的拓扑载流子的激发。此外，通过改变W并在太赫兹范围内测量等离子体频率vP与k的关系，我们可以在不使用任何拟合参数的情况下表明，色散曲线与狄拉克等离子体的预测定量一致。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall
Control of Plasmons in Topological Insulators via Local Perturbations
我们使用一个完全量子力学的方法来证明控制等离子体激元激发的原型模型的拓扑绝缘体的分子尺度扰动。强局域表面等离子体存在于主机系统中，所产生的拓扑非平凡的单粒子边缘状态。对扰动系统RPA方程的数值计算揭示了所加分子的位置和内部电子结构如何影响局部受限集体激发的简并性，即，移动主体系统的等离子体激元能量并改变它们的空间电荷密度分布。特别是，我们确定的条件下，发生显着的电荷转移从主机系统添加的分子。此外，在扰动拓扑系统由于外部电场的诱导场能量密度的确定。
2021-08-19 cond-mat.mes-hall
Controlling spoof plasmons in a metal grating using graphene surface plasmons
欺骗等离子体模拟贵金属等离子体。等离子体频率的等效物是由它们在其上传播的金属光栅的几何形状施加的能量标度。在本文中，我们表明，欺骗等离子体激元在太赫兹的分散可以控制放置在金属光栅附近的掺杂石墨烯片，增加更多的通用性，这种类型的系统。我们开发了一个半解析模型，基于一个完美的金属衍射光栅。该模型可以很好地再现FDTD计算相同的问题，但更少的计算机时间。讨论了该系统在太赫兹到中红外光谱范围内的光学特性，结果表明该系统既可以作为理想的吸收体，又可以作为传感器件。为了说明后一种性质，我们选择了不同的醇作为分析物。完全吸收出现的频率可以通过光栅的几何参数和石墨烯中的费米能的值来控制。整个工作中预测的理论结果可以在未来的实验验证。
2017-08-05 cond-mat.mes-hall
Terahertz tuning of Dirac plasmons in Bi$_2$Se$_3$ Topological Insulator
光可以通过与等离子体激元（出现在金属和半导体中的集体电子模式）的相互作用而被强烈地限制在亚波长空间区域中。这种限制在太赫兹光谱区域中特别重要，它放大了光与物质的相互作用，并为有效地产生非线性光学现象提供了强大的机制。这些效应在狄拉克材料如石墨烯和拓扑绝缘体中特别相关，其中无质量费米子在太赫兹范围内表现出自然的非线性光学行为。到目前为止，我们都是从光的角度考虑强相互作用的情况。在本文中，我们研究的是强相互作用对等离子体激元本身的影响。特别是，我们将表明，狄拉克等离子体在Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体强烈重整化时，激发高强度太赫兹辐射显示一个巨大的红移下降到其特征频率的60%。这为基于拓扑绝缘体的可调谐太赫兹非线性光学器件开辟了道路。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
Controlling quantum-dot light absorption and emission by a surface-plasmon field
本文研究金属表面量子点在表面等离激元极化激元近场下的光增益、吸收切换与光子转换，揭示强耦合非线性干涉导致的增益和三重发射分裂，并指出其光晶体管门控及光互连、量子通信应用潜力。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall
Tunable THz Surface Plasmon Polariton based on Topological Insulator-Layered Superconductor Hybrid Structure
从理论上研究了三维强拓扑绝缘体（TI）与层状超导-磁绝缘体结构界面处的表面等离子体激元（SPP）。当层状结构的磁导率变高时，通过电子掺杂可以增强SPP的可调谐性。当界面被超导或垂直磁性带隙时，SPP色散进一步畸变，并伴随着群速度和穿透深度的移动。当费米能级接近能隙值时，SPP的位移达到最大值，并可能产生可观测的效应。在TI表面附近的层状超导体与磁性材料之间的界面处的可调谐SPP可能为Majorana费米子的探测提供新的见解。
2014-03-05 cond-mat.mes-hall
Surface plasmons on a thin film topological insulator
最近，已经表明，由3+1维拓扑绝缘体和金属之间的界面或具有残余体载流子的3+1维拓扑绝缘体和真空之间的界面支持的表面等离子体激元具有与它们的拓扑平凡对应物相比旋转精细结构常数α的有序角的极化。在这项工作中，我们将这种分析推广到更现实的情况下，薄膜，考虑到多次反射的影响。在对称的情况下，由相同的材料包围的薄膜的两侧的两个允许的表面等离激元模式的偏振是不变的，从单界面的情况下，即使它们的色散关系被改变的两个表面层之间的相互作用。在一般的不对称情况下，角度也会受到影响。我们给出了一个简单的解析表达式的谐振条件，确定的角度和解决它的情况下，几乎相同的介电常数的两个介质之间的薄膜微扰。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall
Thickness tunable quantum interference between surface phonon and Dirac plasmon states in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
我们报道了Bi 2Se 3薄膜的拉曼响应在激光光子能量从2.33 eV（532 nm）切换到1.58 eV（785 nm）时的>100倍增强，这是由于在~1.5 eV的共振能量下与狄拉克表面态（SS）的直接光学耦合（厚度无关的增强）和由于非线性激发的狄拉克等离子体激元（厚度相关的增强）。由于直接的光耦合，我们观察到一个与Dirac SS连续网络相关联的六边形排列的Se原子的面内声子模。该模式揭示了厚度小于15 nm的薄膜的Fano线形，这是由表面声子和狄拉克等离子体激元态之间的量子干涉引起的。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Optical Observation of Coherent Acoustic Dirac Plasmons in Thin-Film Topological Insulators
具有类声线性色散的低能电子集体激发在实验和理论上都得到了广泛的研究。然而，在时域测量中出现的相干声等离子体模式很少观察到由于单粒子连续朗道阻尼。在这里，我们报告的观察相干声学狄拉克等离子体（CADP）模式激发间接（静电）对表面耦合薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3。使用瞬态二次谐波发生，一种能够独立监测膜中的面内和面外电子动力学的技术，观察到GHz范围的振荡，而没有相应的瞬态反射率振荡。这些振荡被分配到由倏逝引导兰姆声波引起的横向磁和横向电引导CADP模式，并且由于相对表面狄拉克状态之间的费米子隧穿而保持朗道无阻尼。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall
Control of plasmonic nanoantennas by reversible metal-insulator transition
纳米光子（纳米等离子体）结构限制，引导和集中在纳米尺度上的光。纳米光子学的发展关键取决于对这些现象的主动纳米控制。二氧化钒（VO 2）的绝缘体和金属相的局部控制将通过调制纳米光子结构的局部介电环境，使它们能够用作有源器件，从而开辟纳米光子学的应用领域。在这里，我们展示了动态可逆控制VO 2绝缘体到金属的过渡（IMT）本地的规模为15纳米或更小和控制的纳米天线，在近场观察到的第一次。利用偏振选择性近场成像技术，我们同时监测了VO 2中的IMT和金红外纳米天线上等离子体激元的变化。金属VO 2的结构化纳米畴局部地且可逆地将红外等离子体偶极天线转变为红外等离子体偶极天线。从根本上说，VO 2中的IMT可以在飞秒时间尺度上触发，以实现对光学现象的超快纳米级控制。这些独特的功能在主动纳米光子学中开辟了令人兴奋的新应用。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall
Control of 2D plasmons in the topological insulator Bi2Se3 with highly crystalline C60 overlayers
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Tyndall National Institute（廷德尔国家研究所）；University of Leeds（利兹大学）；SuperSTEM, SciTech Daresbury Science and Innovation Campus（超级扫描电子显微镜站，达尔斯伯里科学与技术创新园区）；University College Cork（科克大学学院）
通过Bi₂Se₃与结晶C₆₀薄膜的电荷转移，实现对二维等离子体的可调控制，为等离子体应用提供新的工程方法。
2024-10-31 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
Controlling plasmon modes and damping in buckled two-dimensional material open systems
利用我们最近发展的平均场论，系统地研究了开放系统中的混合等离子体激元模色散及其阻尼的全范围，该开放系统包括导电基底和具有屈曲蜂窝晶格的二维（2D）材料，如硅烯、锗烯和\rom{4}二硫族化物。在该混合系统中，用于独立2D层的单个等离子体振子模式被分成一个类声学模式和一个类光学模式，导致等离子体振子模式的阻尼的显著变化。与带隙石墨烯相比，硅烯和二硫化钼中与等离子体激元模式和阻尼相关的关键特征被发现具有各种自旋轨道和晶格不对称能带隙、掺杂类型和水平以及2D材料与导电衬底之间的耦合强度。所获得的阻尼依赖于自旋和谷自由度，预计将有助于测量开放系统的介电性能和自旋轨道耦合强度的个别二维材料。类声学等离子体激元模式的独特线性色散引入了来自带内粒子-空穴模式的额外阻尼，这对于独立的2D材料层是不存在的，并且使用具有大带隙的二硫化钼同时抑制了来自带间粒子-空穴模式的强阻尼。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall
Plasmon-enhanced electron-phonon coupling in Dirac surface states of the thin-film topological insulator Bi2Se3
拉曼光谱测量了Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜中与狄拉克表面态（SS）相关的Fano型表面声子模，确定了狄拉克SS中电子-声子耦合强度随薄膜厚度的变化范围为2 ~ 40 nm。在8 - 10 nm厚的薄膜中，电子-声子耦合强度呈现出非单调的增强现象，最大值出现在薄膜中。的非单调性建议起源于等离子体-声子耦合，增强电子-声子耦合时，在狄拉克SS中的自由载流子密度随膜厚度的减小而增加，并成为抑制最薄的膜时，在平面和平面外的声子模式之间的非谐耦合发生。8 - 10 nm厚的Bi_2Se_3薄膜的Dirac SS中的电子-声子耦合增强了约4倍，这可能为这类材料的超导起源及其应用提供新的见解。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Shaping, imaging and controlling plasmonic interference fields at buried interfaces
以纳米（nm）和飞秒（fs）分辨率在掩埋界面处成膜和控制等离子体激元尚未实现，并且对于下一代等离子体激元/电子器件至关重要。在这项工作中，我们使用光来激发和形状的等离子体干涉图案在埋在纳米结构的薄膜中的金属-电介质界面。等离子体激元从光激发的纳米腔阵列中发射，其传播通过光子诱导近场电子显微镜（PINEM）拍摄。由此产生的电影直接捕捉等离子体动力学，允许量化它们的群速度约为0.3c，与我们的理论预测一致。此外，我们表明，光的偏振和纳米腔的设计可以定制形状瞬态等离子体光栅在纳米尺度。这些结果表明，动态成像与PINEM，铺平了道路的fs/nm可视化和先进的异质结构的等离子体场的控制的基础上的新型2D材料，如石墨烯，MoS $_2$，金属薄膜。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Effect of Surface Plasmon Excitation in Gapped Isotropic Topological Insulator Nanowires
从轴子电动力学和修正的本构关系出发，对拓扑非平凡圆柱核与拓扑平凡周围材料界面处的表面等离子体激元（SP）进行了理论研究.我们发现拓扑效应总是导致SP能量的红移，而能量的红移随着核直径的减小而单调减小。基于经典微扰理论给出了一个定性的图像来解释这些现象，我们还推断，为了加强移动，两种材料的介电常数的倒数之间的差异应增加。我们还发现，周围的磁环境抑制拓扑效应。所有这些特征都可以用一个简单的反射表面波很好地描述，它与全电磁本征模很好地一致。此外，通过高分辨电子能量损失谱图像测量，得到半导体Bi_2Se_3纳米粒子的体等离子体激元能量为ω_{P}=17.5 \pm 0.2eV。
2013-09-24 cond-mat.mes-hall
Plasmonic detection of the parity anomaly in a two-dimensional Chern insulator
本文通过分析二维宇称反常陈绝缘体中的表面等离激元色散关系，揭示了体拓扑与色散的联系，并发现拓扑非平凡情况显著改变色散曲线，为探测宇称反常提供了等离激元途径。
2023-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Velocity and confinement of edge plasmons in HgTe-based 2D topological insulators
本研究通过GHz谐波激发与相位分辨检测，测量HgTe拓扑量子阱在QSH和QH体系下的边缘等离激元速度，发现低速度源于边缘电荷puddle的影响，揭示其是边缘输运的主要阻碍。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
Dielectric screening of surface states in a topological insulator
在拓扑绝缘体表面存在的螺旋狄拉克费米子的色散曲线中，存在着各向异性。动量项的次占优二次项导致导带和价带之间的不对称。也可以通过磁性掺杂打开间隙。我们展示了这些不同的修改狄拉克光谱改变的表面态的偏振函数，并采用我们的结果来讨论它们对等离子体激元的影响。在长波长范围内，等离子体激元色散保持其对动量$\boldsymbol{q}$的平方根依赖性，但其斜率被修改，并且可以获得对$\boldsymbol{q}$方向的弱依赖性。此外，我们发现存在几个等离子体激元分支，其中之一是阻尼的所有值的$\boldsymbol{q}$，并提取等离子体激元散射率的代表性情况。
2014-01-10 cond-mat.mes-hall
Plasmons in Two-Dimensional Topological Insulators
我们使用无规相位近似分析二维拓扑绝缘体模型中的集体激发。在一个二维扩展的Su-Schrieffer-Heeger模型中，边缘等离子体激元激发与诱导的电荷密度分布定位在系统的边界处被发现在拓扑非平凡的阶段，分散类似于一维体等离子体激元在传统的Su-Schrieffer-Heeger链。对于二维散装集体模式，我们揭示了制度的增强带间波函数的相关性，导致特性硬化和软化的带间和带内体等离子体分支，分别。在二维的Halen-Chern绝缘体模型中，观察到纳米带结构中的手性、单向边缘等离子体激元，其特征在于有效的库仑相互作用截面。在二维Haldron模型中，体集体激发是由不同拓扑相的单粒子能带结构细节引起的。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling the Flow of Spin and Charge in Nanoscopic Topological Insulators
控制拓扑绝缘体中自旋电流和电荷电流的流动是量子计算和自旋电子学应用的关键要求。我们表明，这种控制可以建立在纳米级的二维TI通过打破其时间反演对称性，通过磁缺陷。这允许创建几乎完全自旋极化的电荷电流，和高度可调自旋二极管的设计。类似的效果也可以实现中尺度的混合结构，其中TI接口与铁或反铁磁体。
2015-09-28 cond-mat.mes-hall
Collective plasmonic excitations in double-layer silicene at finite temperature
我们探讨了n掺杂的双层硅烯系统的温度依赖的等离子体模式，该系统由两个空间上分离的单层硅烯组成，其距离足够大以防止层间电子隧穿。通过施加外加电场，我们在所谓的无规相位近似下数值计算得到了损失函数的极点，研究了温度和几何形状对三种不同体系中等离子体分支的影响：拓扑绝缘体、谷自旋极化金属和能带绝缘体。此外，我们提出了有限温度的数值结果，随着零温度的分析支持讨论的外部电场和温度对等离子体激元色散的不同影响。我们的研究结果表明，在零温度下，无论是声学和光学模式减少，通过增加所施加的电场和经验的不连续性在谷自旋极化金属相的系统从拓扑绝缘体带绝缘体的过渡。在有限的温度下，光学等离子体激元阻尼在这个不连续性和声学模式可以表现出连续的过渡。此外，虽然等离子体激元的光学分支随温度非单调且显著地变化，但对于硅烯的所有相，声学分支色散随温度显示出可忽略的增长。此外，我们的有限温度的结果表明，两个等离子体激元分支的层间分离的依赖性是不受温度的影响，在长波长的声学模式的能量略有变化，随着层间距离的增加，而光学模式保持不变。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
Plasmon-polaritonic quadrupole topological insulators
四极拓扑绝缘体是一种具有Wannier带拓扑结构的高阶拓扑相，但在等离子体超材料中尚未实现。在这里，我们提出了一个晶格的等离子体激元极化激元纳米腔，可以实现四极拓扑绝缘体通过利用菊花状纳米腔之间的耦合的几何依赖的符号反转。所设计的系统表现出各种拓扑和平凡的相位，其特征在于嵌套的Wannier带和拓扑四极矩，可以通过纳米腔之间的距离来控制。我们的研究为具有四极拓扑结构的等离子体拓扑超材料开辟了一条道路。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Localized Plasmons in Topological Insulators
我们研究了在一个完全量子力学的方式如何多体激发光谱的拓扑绝缘体的存在下的长程库仑相互作用的影响。在一维的Su-Schrieffer-Heeger模型及其镜像对称变体中，观察到了强局域等离子体激元激发，这些激发起源于拓扑非平凡的单粒子态。这些\textit{"topological plasmons"}继承了它们的组成拓扑单粒子状态的一些特性，但是由于在极化函数中混合了非拓扑体单粒子状态，它们不能同样很好地防止无序。有效库仑相互作用的强度也被证明有强烈的影响等离子体激元模式。此外，我们展示了如何通过介电屏蔽和施加电场具有不同的对称性的外部修改可以用来研究拓扑等离子体，从而允许我们的原子预测的实验验证。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Study of spin plasmons on the surface of a topological insulator based on spin quantum hydrodynamics
从Dirac方程出发，导出了三维拓扑绝缘体（TI）表面Dirac电子的相对论量子流体力学方程，并进行了数值求解，研究了自旋等离子体激元. TI的表面由垂直磁场和由铁磁绝缘（FI）条阵列提供的脉冲交换场调制。模拟和分析了二维狄拉克电子气中集体密度和速度的振荡。结果表明，在自旋等离子体激元中，集体电子的密度和动量受到自旋态的调制。在实验室条件下，可以对这种振荡进行直接的实验观察。
2014-05-24 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Impact of spin torques and spin pumping phenomena on magnon-plasmon polaritons in antiferromagnetic insulator-semiconductor heterostructures
本文研究了自旋力矩和自旋泵浦对反铁磁绝缘体-半导体异质结构中表面磁振子极化激元色散的影响，发现通过自旋-电荷转换可耦合磁振子与等离激元，且频率修改和杂化间隙依赖于反铁磁层厚度与模式波长。
2024-03-11 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Purcell factor and coupling efficiency to surface plasmons. Implications for addressing and controlling optical nanosources
Purcell因子$F_p$是腔量子电动力学（cQED）中的关键量，其量化偶极发射极和腔模式之间的耦合率。它的简单形式$F_p\propto Q/V$揭示了增强和控制光-物质相互作用的可能策略。实际上，由于i）基于cQED的高品质因数$Q$或ii）基于纳米光子学和等离子体激元学的低模态体积$V$，实现了有效的光-物质相互作用。在过去的十年中，已经做了很大的努力，以获得一个等离子体珀塞尔因子，以转置cQED概念的nanocale，在标度律的方法。在这项工作中，我们讨论了离域（SPP）和本地化（LSP）表面等离子体激元的等离子体珀塞尔因子，并简要总结了预期的应用纳米光子学。基于SPP共振形状（洛伦兹或法诺轮廓），我们导出了离域等离子体激元耦合率的封闭表达式。的品质因数因子和模式限制的SPP和LSP进行量化，展示了他们强烈的亚波长行为。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmons in semiconductor and topological insulator wires with large dielectric constant
已知沿半径为$a$的细线延伸的等离子体激元的色散规律实际上是线性的。我们表明，在一个线的介电常数$κ$远大于其环境$κ_e$，这样的色散规律交叉到一个无色散的三维类法律时，等离子体激元波长变得短于长度$(a/2) \sqrt{(κ/κ_e)\ln(κ/2κ_e)}$的电场线从线退出到环境。这种情况发生在普通的半导体线和三维拓扑绝缘体线中。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Collective excitations on a surface of topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体激发。螺旋液体中的电子服从无质量无粒子的类狄拉克方程，其自旋方向严格由其动量决定。由于这种自旋动量锁定，系统中的集体激发表现为耦合的电荷和自旋密度波。我们发展了螺旋液体中自旋等离子体激元的量子场论描述，并研究了它们的性质和内部结构。计算了自旋等离子体激元激发时系统的自旋极化率。我们还考虑了自旋等离子体激元对磁性杂质和非磁性杂质以及外电势的散射，并表明散射主要发生在两个旁瓣中。与狄拉克电子气在石墨烯的类比进行了讨论。
2011-10-18 cond-mat.mes-hall
Controlling Single-Photon Emission with Ultrathin Transdimensional Plasmonic Films
本研究通过理论分析超薄跨维度等离激元薄膜对二能级量子偶极子发射体的影响，发现减小薄膜厚度可显著增强光子反聚束效应，为固态单光子源器件工程及集成量子光子学平台发展提供指导。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamical Polarization Function, Plasmons and Screening in Silicene and Other Buckled Honeycomb Lattices
我们探索了石墨烯类二维凯恩-梅勒拓扑绝缘体的介电性质，其表现在弯曲的蜂窝晶格中（例如，硅烯、锗烯等）。子晶格之间的现场电势差（$Δ_z$）的影响给予特别关注。我们提出的结果的实部和虚部的动态极化函数。我们表明，这些结果显示三个制度（拓扑绝缘体，谷自旋极化金属，平凡带绝缘体）的功能，并可用于提取信息的内在自旋轨道耦合的强度。我们研究了逆介电函数，并提供了等离子体激元分支的数值结果。我们讨论的等离子体激元的行为作为一个函数的亚晶格电势差，并表明，作为$Δ_z$的等离子体激元分支的行为是不同的是依赖于相对于间隙的化学势的位置。静态极化进行了讨论，并提供了带电杂质的筛选的数值结果。我们观察到一个跳动的现象，在有效电位是依赖于$Δ_z$。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
Coherent Dirac plasmons in topological insulators
我们研究了五层厚的Sb $_2$ Te $_3$拓扑绝缘体中光生耦合声子-表面狄拉克等离子体的超快反射响应。在不同的时间框架下获得的瞬态相干声子谱表现出Fano型的非对称线型的$A^2_{1g}$模式，这归因于连续相干Dirac-plasmon和声子之间的量子干涉。通过使用双温度模型（TTM）分析时间依赖的非对称线形，确定了在光激发后Fano类共振持续到$\approx$ 1 ps，其中在$\leq$ 200 fs处的弛豫轮廓由高斯衰减主导。对于$\geq$ 200 fs，TTM可以很好地描述非对称性参数，因此表明狄拉克等离子体的相干时间为$\approx$ 200 fs.
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Controlling the plasmonic properties of ultrathin TiN films at the atomic level
通过结合第一性原理理论计算和实验光学和结构表征，如光谱椭偏仪，X射线光谱和电子显微镜，我们研究的介电常数和等离子体特性的TiN薄膜在原子水平。我们的研究结果表明，一个显着的持久的TiN薄膜的金属字符和渐进的红移的等离子体激元能量的膜的厚度减少。这一趋势的微观起源解释的系统的特征双带电子结构。表面氧化和衬底应变也进行了研究，以解释偏离理想情况下的光学性能。这为实现在可见光范围内具有可定制和可调谐等离子体激元特性的TiN薄膜在超颖表面和柔性光电子器件中的应用铺平了道路。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
On Topological Kondo Insulator Plasmonics
研究了体拓扑Kondo绝缘体系统周期Anderson模型中的表面态等离子体，其中强关联f电子被弱关联d电子屏蔽，在从玻色子协议的框架下进行了平均场理论计算.我们包括磁性杂质的影响，以及不作为散射剂在我们的计划，由于它们的交换相互作用包括在频带色散。这种相互作用在具有无隙狄拉克色散的表面态处打开了一个能隙。我们发现，体绝缘连同表面金属性是可能的系统，虽然只有在要求强的f-电子本地化的条件下。在我们的报告中，带隙表面态的带内和带间声等离子体激元的可能性存在。这些等离子体激元的大量金属丰度和强的监禁能力的主导地位是本工作的其他显着成果。
2019-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nonlocal optical generation of spin and charge currents on the surface of magnetic insulators using total absorption and surface plasmons
研究了磁性绝缘体（如\tcb{yttrium iron garnet}）表面金属有限单元中由于磁性表面等离子体（MSP）的吸收而产生的非局域自旋和电荷电流。表面等离子体激元完全被金属反射，而\tcb{an} MSP \tcb{can be}吸收了\tcb{due to the absence of backward states}。\tcb{injection of} MSP在平行于波矢量的纵向产生电压，\tcb{with the voltage}与输入功率成比例。如果金属是铁磁体，则自旋电流在纵向方向上也可以是\tcb{induced}。我们的\tcb{results provide a way to improve upon}自旋电子学和自旋波逻辑器件集成电路。
2012-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Laser-driven parametric instability and generation of entangled photon-plasmon states in graphene and topological insulators
我们表明，一个强的红外激光束倾斜入射到石墨烯可以经历一个参数不稳定性衰减成低频（闲频）光子和太赫兹表面等离子体。这种不稳定性是由于石墨烯的空间色散引起的强烈的面内二阶非线性响应。参量衰减导致THz等离子体激元的有效产生，并引起闲频光子和表面等离子体激元态的量子纠缠。类似的过程可以由拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的表面态支持。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonics of Topological Insulators at Optical Frequencies
纳米等离子体器件的发展，如等离子体电路和超材料超透镜在可见光到紫外线频率范围内，受到缺乏低损耗等离子体介质的阻碍。最近，在一类拓扑绝缘体中发现了强等离子体激元响应。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了拓扑绝缘四元（Bi，Sb）2（Te，Se）3三硫族化合物的介电函数.体等离子体性质，占主导地位的带间跃迁，观察到从2-3 eV，并延伸到更高的频率。此外，在蓝色和UV波长下，三硫属化合物是比金和银更好的等离子体介质。通过分析薄板，我们还表明，这些材料表现出拓扑保护的表面状态，这是能够支持传播等离子体极化激元模式在一个非常宽的光谱范围内，从可见光到中红外线及以上，由于组合的表面间和内带跃迁。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmons in Z2 Topological Insulators
本文采用RPA研究Kane-Mele模型，揭示QSH边缘无带隙自旋极化等离激元的手性传播及磁场调控机制，并在菱形纳米片中发现边界环流低能等离激元。
2022-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Tunable Intrinsic Plasmons due to Band Inversion in Topological Materials
能带反转在拓扑绝缘体和拓扑半金属中产生了丰富的物理效应。研究发现，具有墨西哥帽色散的反向能带结构可以增强带间关联，从而导致强的本征等离子体激元激发。它的频率范围从几个$\mathrm{meV}$到几十个$\mathrm{meV}$，并且可以通过外场进行有效的调谐。电子-空穴不对称项将等离子体激元激发的峰分裂成双峰。这种等离子体激元激发的命运和性质也可以作为探针来表征即使在轻掺杂系统中的拓扑相。我们数值模拟了带反转对三维强拓扑绝缘体，V-或Cr-掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$，支持量子反常霍尔态的磁掺杂薄膜中的等离子体激元激发的影响。因此，我们的工作揭示了一些新的光拓扑材料在等离子体激元的潜在应用。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall
Plasmons in single- and double-component helical liquids: Application to two-dimensional topological insulators
在无规相位近似下，通过计算密度-密度波、自旋-密度波和自旋-自旋波，研究了单组分和双组分螺旋液体（HL）模型中的等离子体激元激发。分析了单组分HL系统中时间反演对称性破缺对带内等离子体色散关系的影响，并与传统的准一维电子气和扶手椅型石墨烯纳米带的情况进行了比较.在单组分HL的密度-密度波耦合的自旋-密度和密度-密度波的双组分HL的等效性在这里显示和解释，除了带内和带间等离子体激元激发在这两个系统之间的差异。由于双组分HL在物理上可以被认为是二维拓扑绝缘体中的Kramers对，因此我们提出的具有破缺时间反演对称性的单组分HL模型（这是一种人工构造）可以被视为在这个意义上的“有效”模型，并且其预测可以在未来的实验中在现实系统中得到验证。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband enhancement of second harmonic generation at the domain walls of magnetic topological insulators
我们发现，在较宽的频率范围内，手征一维电子流的二次谐波产生（SHG）增强。增强的起源是双重的：首先，电流和相关的等离子体激元模式的线性色散以及等离子体激元极化激元的准线性色散导致相位匹配条件的提升。此外，强场局域化导致结构中二次谐波的进一步增加。研究结果表明，位于磁性拓扑绝缘体畴壁的手征电流是产生太赫兹频段二次谐波信号的有效源.
2020-04-16 cond-mat.mes-hall
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Plasmons in topological insulator cylindrical nanowires
本文对拓扑绝缘体纳米线中的狄拉克磁等离子体激元进行了理论分析。我们讨论了一个圆柱形的几何形状，贝里相位效应诱导开放的间隙在中性点。考虑到表面电子波函数在以前的论文中介绍和内的随机相位近似，我们提供了一个解析形式的动态结构因子。色散和光谱权重的狄拉克等离子体的研究与不同的圆柱体的半径，表面掺杂，和外部磁场的强度。我们发现，在零表面掺杂，带间阻尼类等离子体激元激发形成在表面和生存在低电子表面掺杂（$\sim 10^{10} cm^{-2} $）。然后，我们指出，当外加接近半量子通量的磁场时，等离子体激元激发对Berry相隙闭合是敏感的。实际上，在施加磁场时，在较低能量下观察到明确的磁等离子体峰。最后，表面掺杂的增加诱导从阻尼带间到尖锐带内磁等离子体激元的交叉，如对于大半径和掺杂（$\sim 10^{12} cm^{-2}$）所预期的，其接近二维表面的适当极限。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Full loss compensation in hybrid plasmonic waveguides under electrical pumping
表面等离子体激元（SPP）为突破衍射极限和设计纳米级光学元件提供了机会，但其实际应用受到金属中高欧姆损耗的阻碍。在这里，我们提出了一种新的方法，在深亚波长金属-绝缘体-半导体波导几何结构的电泵浦下的有效SPP放大，并在非常低的泵浦电流密度为0.8 kA/cm $^2$的情况下，在红外线中的SPP传播损耗的数字证明充分补偿。该值比先前的研究低一个数量级，这是由于金属和半导体之间的薄绝缘体层，其允许少数载流子的注入并阻止多数载流子，从而将漏电流降低到接近零。所提出的结果提供洞察无损SPP引导和未来高密度纳米光子和光电电路的发展。
2015-01-15 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
The effects of three-dimensional defects on one-way surface plasmon propagation for photonic topological insulators comprised of continuous media
研究了连续磁等离子体材料与金属界面上的单向表面等离子体激元（SPP）。我们证明了连续材料中的TM模可以被赋予类似于拓扑光子晶体的非平凡的陈数，而且这些陈数可以解析计算。这导致在磁等离子体的带隙内的频率传播的拓扑保护的表面模式的外观。以前的作品认为2D结构，在这里，我们考虑的3D缺陷的影响，并表明，虽然向后传播/反射不能发生，侧散射发生，它有显着的影响表面模式的传播。几种不同的波导几何形状被认为是减少侧散射的影响，我们也考虑了金属损耗的影响。
2016-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
