Efficient terahertz electro-absorption modulation employing graphene plasmonic structures
我们提出并讨论了基于石墨烯等离子体结构的太赫兹电吸收调制器。有源器件由一对自选通的石墨烯层组成，其被图案化为支持THz等离子体共振的结构。这些结构允许有效控制有效THz光学电导率，因此吸收，即使在比石墨烯中的Drude滚降高得多的频率下，其中大多数先前提出的基于石墨烯的装置变得低效。我们的分析表明，基于反射率的器件配置，工程设计，使电场增强的活性石墨烯对，可以实现非常高的调制深度，甚至~ 100%，在任何频率高达几十太赫兹。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall
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
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
Electronic modulation of infrared emissivity in graphene plasmonic resonators
在高达250 ℃的温度下证明了氮化硅衬底上石墨烯等离子体共振器黑体发射的电子控制。结果表明，石墨烯谐振器产生天线耦合黑体辐射，表现为窄光谱发射峰在中红外。通过不断变化的纳米谐振器的载流子密度，这些光谱特征的频率和强度可以通过静电门调制。我们将这些现象描述为等离子体增强的辐射发射，其源自与石墨烯片中的等离子体衰减相关的损耗通道和SiNx中的振动模式。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
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
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
Kerr nonlinearity and plasmonic bistability in graphene nanoribbons
我们从理论上研究了克尔非线性在纳米结构中的石墨烯等离子体激元的作用，特别是在纳米带。带内近似半经典地考虑了非线性克尔相互作用。由此产生的电磁问题的数值求解自洽迭代与线性步骤，使用实空间离散化。我们推导出一个简单的近似一般石墨烯纳米结构的共振位移，并获得良好的协议与数值适度高的场强。近等离子体共振的非线性强烈增强，由于场增强，和总的非线性显着影响的等离子体激发的场的不均匀性。最后，我们讨论了出现的等离子体双稳态存在的频率红移相对于线性共振。我们的研究结果提供了新的见解的作用，非线性相互作用在纳米结构的石墨烯和铺平了道路的实验研究。
2015-06-09 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
Graphene Plasmonics for Terahertz to Mid-Infrared Applications
近年来，由于石墨烯独特的电学和光学性质、可调谐性、长寿命的集体激发和极端的光限制，石墨烯等离子体激元学研究取得了快速的进展。在这里，我们回顾了石墨烯等离激元的基本性质;它们的能量色散，局域化和传播，等离激元-声子杂化，寿命和阻尼途径。石墨烯等离子体的应用空间在于技术上重要的，但相对未开发的太赫兹到中红外区域。我们讨论了新兴的和潜在的应用，如调制器，陷波滤波器，偏振器，中红外光电探测器，中红外振动光谱，等等。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
An Introduction to Graphene Plasmonics
这本书的意思是作为一个介绍石墨烯等离子体，并在先进的本科生和研究生进入石墨烯等离子体领域的目标。在它介绍了不同的理论方法，从石墨烯等离子体的基本描述开始，并朝着更先进的主题发展。这本书基本上是自成一体的，汇集了大量分散在大量文献中的关于该领域的不同主题。正文由十一章和一套详细的附录组成。它可以以两种不同的方式阅读：只阅读章节以熟悉石墨烯中的等离子体领域，或者阅读章节并研究附录以获得该主题的工作知识。对本书中材料的学习将使学生走到这一领域研究的最前沿。
2018-08-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonics with two-dimensional semiconductors "beyond graphene": from basic research to technological applications
本文综述了二维半导体等离子体激元的主要特点和发展前景。每一类范德华半导体中的等离子体模式都有自己的特点，以及潜在的技术能力。过渡金属二硫属化物的等离子体由于其蜂窝结构而具有石墨烯的典型特征，但与石墨烯不同，其阻尼过程由带内跃迁而不是带间跃迁主导。自旋轨道耦合强烈影响屈曲蜂窝晶格（硅烯和锗烯）的等离子体激元谱，而磷烯的各向异性晶格决定了等离子体激元沿扶手椅和锯齿形方向的不同传播。我们还回顾了现有的应用与二维材料的等离子体激元在热等离子体激元，生物传感和等离子体波太赫兹检测领域。最后，我们考虑了创新的低损耗等离子体器件的范德华异质结的能力。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall
On-chip integrated, silicon-graphene plasmonic Schottky photodetector, with high responsivity and avalanche photogain
我们报道了一种片上集成的金属-石墨烯-硅等离子体肖特基光电探测器，在1.55 μ m处具有85 mA/W的响应度和7%的内量子效率。这比在相同条件下工作的金属硅肖特基光电探测器高一个数量级。在3V的反向偏压下，实现了雪崩倍增，响应度为0.37A/W，雪崩光增益为2。这为石墨烯集成硅光子学铺平了道路。
2015-12-26 cond-mat.mes-hall
Electro-optical graphene plasmonic logic gates
通过外部栅极电压对石墨烯等离子体模式的多功能控制启发我们在中红外波长处设计高效的电光石墨烯等离子体逻辑门。我们表明，这些器件优于传统的光学逻辑门，因为前者具有截止态和干涉效应。此外，设计的六个基本逻辑门（即，NOR/AND，NAND/OR，XNOR/XOR）不仅在10 μm工作波长下实现了小于λ/28的超紧凑尺寸长度，而且最小消光比高达15 dB。这些石墨烯等离子体逻辑门是未来纳米级中红外光子集成电路的潜在构建块。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-protected copper and silver plasmonics
等离子体激元学已成为物理学的一个分支，有望革新数据处理，改善光电子学，提高生物检测的灵敏度。等离子体激元装置的广泛使用由于缺乏适用于等离子体激元应用的稳定且廉价的金属膜而受到显著阻碍（除了高损耗之外）。考虑到可供选择的金属化合物的数量，这似乎令人惊讶。不幸的是，它们中的大多数要么表现出强阻尼的表面等离子体或容易氧化和腐蚀。为此，一直在持续寻找替代的等离子体材料，其与金不同，是等离子体中当前选择的金属，与互补金属氧化物半导体技术兼容。在这里，我们表明，石墨烯保护的铜和银是可行的候选者。覆盖有一到几个石墨烯层的铜膜显示出优于金膜的优异的等离子体特性。它们可用于制造等离子体激元器件，即使在潮湿和腐蚀的条件下也能存活至少一年。作为概念的证明，我们使用石墨烯保护的铜来展示介电加载的等离子体波导和表面等离子体共振的测试灵敏度。我们的研究结果可能会引发石墨烯保护等离子体的广泛使用。
2014-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ion irradiation tolerance of graphene as studied by atomistic simulations
由于石墨烯对气体分子是不可渗透的，同时对高能离子是透明的，因此已建议将其作为用于将高真空离子束系统与保持在环境条件下的靶分离的窗口材料。然而，石墨烯膜中的辐射诱导损伤的积累可能导致其机械失效。使用原子模拟，我们表明，即使在高空位浓度的辐照石墨烯没有显示出这种不稳定的迹象，表明石墨烯窗口的相当大的鲁棒性。我们进一步表明，在石墨烯的辐射损伤的上限和下限的估计可以使用一个简单的模型。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the sliding friction of graphene flakes
使用紧束缚原子模拟，我们模拟了最近的原子力显微镜实验探测石墨烯片对石墨表面的滑动。与以前的理论模型相比，其中薄片被假定为几何上完美和刚性的，而基板是由静态周期电位表示，我们的全原子模型包括量子力学与化学键断裂和键形成，以及薄片的灵活性。这些现实的功能，特别是包括在确定的静摩擦，定性与实验观察的薄片旋转的关键作用。
2009-04-22 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
Self-biased Reconfigurable Graphene Stacks for Terahertz Plasmonics
石墨烯的栅极可控复合导电性为太赫兹和中红外频率的可重构等离子体提供了前所未有的机会。然而，对靠近石墨烯的门控电极和该方法为石墨烯导电性提供的单个“控制旋钮”的要求限制了石墨烯可控等离子体器件的实际实现和性能。在此，我们报告了由两个或多个石墨烯单层组成的石墨烯堆叠，这些石墨烯单层被电薄层隔开，并为它们的表征提供了一个简单而严格的理论框架。在第一实施方式中，两个石墨烯层彼此选通，从而表现为可控的单个等效层，但没有任何附加的选通结构。其次，我们表明，添加额外的栅极-第三个石墨烯层或外部栅极-允许独立控制堆栈内的每一层的复电导率，因此提供了对堆栈等效复电导率的增强控制。所提出的概念首先进行理论研究，然后通过实验证明，允许提取的参数的每一层独立和任意预掺杂的详细程序。这些结果被认为有助于开发具有增强性能和重新配置能力的太赫兹和中红外等离子体激元设备。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall
Comparative Analysis of Room Temperature Plasmonic Graphene Hot Electron Bolometric Photodetectors
我们评估了一种基于热载流子光测热效应的波导集成等离子体石墨烯光电探测器，其性能同时具有高响应度，在数百AW-1的范围内，以及在100 GHz的范围内的高速。性能评估是基于石墨烯的能带非抛物线性产生的测热效应的理论。结果与最先进的等离子体激元测辐射热光电探测器相比毫不逊色，预测响应度增加多达两个数量级，同时保持速度在同一水平上，由石墨烯中的电子晶格散射时间定义。
2020-08-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Terahertz plasmonic resonances in coplanar graphene nanoribbon structures
本文分析了共面石墨烯纳米带（GNR）结构在外加太赫兹信号下的等离激元振荡并计算了其阻抗，发现较低的GNR间电容可激发长GNR的太赫兹共振，该结构可应用于多种太赫兹器件。
2024-03-10 cond-mat.mes-hall
Atomistic investigation of low-field mobility in graphene nanoribbons
我们已经研究了主要的散射机制影响流动性的石墨烯纳米带使用详细的原子模拟。我们已经考虑了由于声学和光学声子，边缘粗糙度，单个缺陷和电离杂质的载流子散射，我们已经定义了一种方法的基础上模拟的统计意义的合奏nanoriginals段。在室温下，在较窄的纳米带中，边缘无序严重影响迁移率，而带电杂质和声子几乎不是限制因素。结果是有利的文献中的几个实验相比。
2011-03-01 cond-mat.mes-hall
Ferroelectric-Gated Terahertz Plasmonics on Graphene
受低功耗铁电门控存储器和晶体管的最新进展的启发，我们提出了一种基于石墨烯片夹在铁电晶体中的铁电门控纳米等离子体器件的设计。我们发现，在太赫兹频率下，石墨烯中的二维等离子体激元与铁电体中的声子极化激元强烈耦合，导致仅在3- 4 THz下的100- 200 nm量级的特征模态波长。通过将铁电体图案化到不同的域中，可以产生紧凑的芯片上等离子体激元波导，其即使在50 nm的分离距离下也表现出可忽略的串扰。利用铁电体的记忆效应，可以在这些等离子体波导上实现低功率的电光开关。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Extended Huckel Theory based Atomistic Model for Graphene Nanoelectronics
提出了一种基于自旋限制扩展休克尔理论（EHT）的原子模型来模拟石墨烯器件的电子结构和I-V特性。该模型被应用到锯齿形和扶手椅型石墨烯纳米带（GNR），有和没有氢钝化，以及双层石墨烯。进一步计算了纳米带宽度方向和双层方向上的电场，以显示电子结构的改变。最后，EHT哈密顿量和NEGF（非平衡格林函数）的形式主义被用于顺磁锯齿形GNR显示2 e2/h的量子电导。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of terahertz radiation using topological graphene micro-nanoribbon structures with transverse plasmonic resonant cavities
本文提出一种由 GNR 桥接的 GMR 横向叉指阵列太赫兹探测器，利用非线性 GNR 元件整流 THz 信号，并通过横向等离激元共振放大整流电流，显著提升探测器响应。
2024-11-12 cond-mat.mes-hall
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
Atomistic deconstruction of current flow in graphene based hetero-junctions
我们描述的数值模拟的电流在石墨烯异质结，在Keldysh Landauer非平衡格林函数（NEGF）形式主义。通过实现沿横模的$k$ -空间方法，再加上使用递归格林函数算法（RGFA）的部分矩阵求逆，我们可以模拟原子尺度的电流流过接近实验尺寸的器件。我们使用该数值平台解构了石墨烯中的电流流动，与电导率、电导率和量子霍尔的实验结果进行了比较，并解构了石墨烯$p-n$结中的电子“光学”和赝自旋电子学物理。我们还演示了如何施加精确的开边界条件沿边缘，以尽量减少虚假的边缘反射。
2013-02-18 cond-mat.mes-hall
Reconfigurable THz Plasmonic Antenna Concept Using a Graphene Stack
提出了一种基于石墨烯的太赫兹频率可重构天线的概念和分析。该天线利用了偶极类等离子体共振，其可以通过石墨烯堆叠中的电场效应在大范围上进行频率调谐。除了有效的动态控制，所提出的方法允许高度小型化和良好的直接匹配连续波太赫兹源。一个定性的模型被用来解释良好的阻抗稳定性下重构。这些初步结果对于未来的全石墨烯THz收发器和传感器非常有希望。关键词：可重构天线，石墨烯，等离子体，太赫兹，频率调谐。
2014-02-06 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
Proposal for a Graphene Plasmonic THz Emitter
我们提出了一个太赫兹辐射源的基础上的激发等离子体共振的石墨烯结构，通过混合两个近红外激光信号与太赫兹差频。该过程是光热电效应，最近已被证明在石墨烯中的THz频率下有效。天线将THz辐射耦合出亚波长石墨烯元件并耦合到远场中。发射是单色的，带宽由NIR激光源的带宽确定。作为发射器频率的函数的装置的输出功率估计为数十微瓦。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall
On-chip ultrafast plasmonic graphene hot electron bolometric photodetector
我们研究了基于热载流子光测热效应的波导集成等离子体石墨烯光电探测器，其特征在于同时具有数百AW-1量级的高响应度和100 GHz量级的高速。我们发展了一个理论的热辐射效应起源于带的非抛物性的石墨烯和估计的响应度由于热辐射效应被证明显着超过响应度的共存的光电导效应，从而令人信服地证明了热辐射效应的主导地位。基于该理论，我们提出了一种新的检测器配置的基础上的混合波导，允许在短距离内的石墨烯的有效吸收，随后的电导率的大的变化。这些结果证明了石墨烯在高速通信系统中的潜力。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene-TMD van der Waals Heterostucture Plasmonics
等离子体激元是电子在体材料或表面的集体激发，它对材料的性质起着重要的作用，并产生了等离子体激元。我们报告了一个非常不寻常的等离子体模式的观察表面上的范德华异质结构的石墨烯单层的二维过渡金属二硫属化物衬底。由于沿界面传播的表面等离子体波的指数衰减场对环境折射率变化高度敏感，因此这种异质结构可用于超灵敏生物传感。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in the visible domain for a one-dimensional truncated photonic crystal terminated by graphene: sensing beyond Dirac point's approximation
在Kretschmann构型下，在涂覆石墨烯层的一维光子晶体中，TE波的偏振可以激发出可见的表面等离子体共振（SPR）.在这项工作中，等离子体激元布洛赫波的狄拉克点以外的一维石墨烯基的光子传感结构的性质进行了数值研究。我们表明，在可见光区的建议的光子器件的反射光谱中的出射等离子体下降表现出可调的化学势和跳跃参数调制后的特性。传感器在可见光区的灵敏度进行了数值评估，并与那些考虑在太赫兹制度的表面等离子体共振进行了比较。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Hot Spots in Triangular Tapered Graphene Microcrystals
最近，石墨烯中的等离子体激元已被实验观察到使用散射扫描近场光学显微镜。在本文中，我们开发了一个简化的分析方法来描述三角形样本的行为。用短程相互作用代替库仑相互作用，问题就简化为亥姆霍兹方程，可以进行解析处理。我们证明，即使我们的简化，系统仍然表现出在实验中看到的关键功能。
2013-09-07 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
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
Mid-infrared Active Graphene Nanoribbon Plasmonic Waveguide Devices
掺杂石墨烯由于其多功能的外部控制功能以及其高度压缩的石墨烯表面等离子体（GSP）波长而成为中红外波长的活性等离子体材料的强有力竞争者。在本文中，我们设计了基于电压门控非均匀介质层上掺杂石墨烯纳米带（GNRs）的电调制的有源等离子体波导器件。我们首先开发了品质因数（FoM）公式来表征无源和有源石墨烯纳米波导的性能。基于FoM，我们选择最佳GNR来构建等离子体快门，其由放置在由Si纳米柱支撑的非均匀SiO $_2$衬底上的GNR组成。模拟研究表明，对于一个简单的50 nm长的等离子体快门，调制对比度可以超过30 dB。等离子体快门被进一步扩展以构建4端口有源功率分配器和8端口有源网络，两者都基于GNR交叉结波导。对于有源功率分配器，每个波导臂处的GSP功率传输可以由所施加的栅极电压独立地控制，具有高调制对比度和几乎相等的功率分配比例。从8端口有源网络的构造中，我们看到可以将GNR交叉结波导放大为大型复杂的有源波导网络，在中红外石墨烯等离子体集成纳米电路的令人兴奋的新领域中显示出巨大的潜力。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Active Valley-topological Plasmonic Crystal in Metagate-tuned Graphene
提出了一种用于石墨烯表面等离子体激元（GSPs）的谷等离子体激元晶体。我们证明，设计师metagate，放置在几个纳米的石墨烯，可以用来强加一个三角形周期费米能量景观后者。对于特定的metagate几何形状和偏置电压，组合metagate-石墨烯结构示出产生足够强的布拉格散射的GSPs产生完整的传播带隙，并赋予的GSPs与非平凡的谷连接的拓扑性质。谷选择性的扭结状态支持的畴壁之间的不同图案的metagate的传播没有反射沿急剧弯曲的界面，由于抑制谷间散射。我们的方法为非磁性动态可重构拓扑纳米光子器件铺平了道路。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall
Surface plasmon polaritons on soft-boundary graphene nanoribbons and their application as voltage controlled plasmonic switches and frequency demultiplexers
石墨烯片门与脊状接地平面，创建一个软边界（SB）石墨烯纳米，被认为是。通过调整脊参数和偏压，可以在石墨烯上创建可以引导TM表面等离子体激元（SPP）的通道。发现了两种模式：基本模式和高阶模式，没有明显的截止频率，能量分布在整个通道上;边缘模式，能量集中在软边界边缘。这些模式的色散曲线，电近场图案，和电流分布的确定。由于能量集中在边缘模式的位置可以很容易地通过偏置电压和频率进行电子控制，边缘模式现象被用来提出一种新的电压控制等离子体激元开关和等离子体激元频率解复用器。
2013-09-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of Graphene-based Plasmonic Switch
我们从理论上研究了一种石墨烯基等离子体波导，它可以门控位于石墨烯-半导体界面的表面等离子体激元（SPP）的传输。当施加的栅极电压高于某个临界值时，反型层中形成的准二维电子气中的电荷密度调制可以诱导局部等离子体共振。由于局域等离子体共振与SPP强耦合，因此可以抑制SPP的传输。通过计算SPP随栅压变化的传播长度，得到了尖锐的开关线形状。我们已经证明，SPP的波长可以降低到入射光的波长的1/100以下，并且SPP的传播长度可以在切换时显著地降低约15倍。这确保了我们的等离子体激元波导可以有效地作为SPP的等离子体激元开关操作。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Active plasmonic switching at mid-infrared wavelengths with graphene ribbon arrays
通过理论和数值计算，研究了一种基于单层和少层掺杂石墨烯带阵列的中红外有源等离子体开关。结果表明，显着的谐振波长偏移和调制深度可以实现与石墨烯带的掺杂浓度的轻微变化。少层石墨烯带阵列器件在可实现的调制深度方面优于单层器件。我们的模拟表明，通过在0.2 eV和0.25 eV之间调制费米能级，四层石墨烯带阵列器件可以分别实现~13 dB和0.94微米的调制深度和谐振波长偏移，而单层器件的调制深度和谐振波长偏移分别为~2.8 dB和1.85微米。此外，简单的拟合模型来预测调制深度和谐振波长的偏移。这些前景为用于红外和THz应用的超快活性石墨烯基等离子体器件铺平了道路。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong Plasmonic Enhancement of Photovoltage in Graphene
在石墨烯广泛的潜在应用中，从晶体管和化学传感器到纳米机电设备和复合材料，光子学和光电子学领域被认为是最有前途的领域之一。事实上，石墨烯对于高速光电探测的适用性在以10 Gbit/s \cite运行的光通信链路中得到了证明。然而，与传统的基于III-V族的光电探测器相比，基于石墨烯的光电探测器的低响应度是潜在的缺点。在这里，我们表明，通过将石墨烯与等离子体纳米结构相结合，由于pn结区域中的场集中，基于石墨烯的光电探测器的效率可以提高高达20倍。此外，波长和偏振选择性可以采用不同几何形状的纳米结构来实现。
2011-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene plasmonics: A platform for strong light-matter interaction
石墨烯等离子体提供了贵金属等离子体的合适替代方案，因为它们表现出大得多的限制和相对长的传播距离，具有经由静电门控高度可调的优点。我们报告了由石墨烯等离子体辅助的强的光-物质相互作用，并且特别地，我们预测了在碳片附近的量子发射体的前所未有的高衰减速率、大的真空拉比分裂和珀塞尔因子以及超过石墨烯带和纳米尺寸的盘中的几何面积的消光截面。我们的研究结果为石墨烯等离子体的新兴和潜在的深远领域提供了基础，为腔量子电动力学提供了理想的平台，并支持单分子，单等离子体器件的可能性。
2011-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Giant Faraday rotation of high-order plasmonic modes in graphene-covered nanowires
纳米线中的等离子体法拉第旋转表现为高阶表面等离子体极化激元（SPP）模式的空间强度分布围绕纳米线轴的旋转。在这里，我们从理论上预测了巨大的法拉第旋转的SPP石墨烯涂层的磁光活性纳米线上传播。在沿着纳米线轴指向的外部磁场反转时，一些高阶等离子体激元模式可以在中红外频率下在约500 nm的尺度上旋转高达~ 100度。通过化学掺杂或栅极电压调谐石墨烯中的载流子浓度允许控制SPP性质，并且特别是高阶方位角模式的旋转角。我们的研究结果打开了一扇大门，新的等离子体激元的应用，从基于硅基法拉第隔离器的量子光学应用中的磁控制。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic Tuning of the Near Field Heat Transfer in Double Layer Graphene
讨论了非平衡双层石墨烯体系中的非辐射传热问题。我们表明，在中性点的热交换是由层间等离子体激元模式为主，并推导出作为温度和层间分离的函数的热流的解析表达式。这些结果表明，对于一系列低温，两个石墨烯层是比传统金属更有效的热交换器。这一现象背后的物理原因是石墨烯光谱中存在能量大、动量小的带间激发。等离子体机制的热传递是急剧抑制静电掺杂。这允许通过在两层之间施加的小电压来调节热交换。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
On the Influence of Spatial Dispersion on the Performance of Graphene-Based Plasmonic Devices
我们研究了空间色散现象对石墨烯基等离子体器件在太赫兹波段性能的影响。为此，两个不同的组件，即移相器和低通滤波器，从文献中，在不同的石墨烯基主波导中实现，并作为周围介质的函数进行分析。在分析中，首先使用Kubo形式主义对石墨烯导电性进行建模，然后采用完全$k_ρ$模型，该模型准确地考虑了空间色散。我们的研究表明，空间色散上移的设备的频率响应，限制其最大可调谐范围，并降低其频率响应。重要的是，这种现象的影响显着增加与周围介质的介电常数值，这是有关的非常慢的波的空间色散的大的影响。这些结果证实了在开发实用的等离子体太赫兹器件时准确评估非局域效应的必要性。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic effects in periodic graphene antidot arrays
我们发现，石墨烯片穿孔与微米或纳米尺寸的antidot在微波和太赫兹区域具有突出的吸收共振。这些共振对应于由晶格“扰动”的连续片的表面等离子体激元。它们以不同的衍射级被激发，与存在于断开的石墨烯结构中的腔表面等离子体激元模式相反。反点阵列的共振吸收可以基本上超过连续石墨烯片的吸收，即使对于高的反点直径与周期的纵横比。对于载流子的较高弛豫时间，表面等离子体增强的吸收和抑制的透射更有效。
2012-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of Graphene Integrated in Plasmonic Silicon Platforms with Three-Dimensional Nanotopography
将石墨烯与等离子体纳米结构集成导致多功能混合系统，其具有用于许多应用的增强的性能。在这项工作中，我们利用石墨烯显着的机械性能，将其与可扩展的3D等离子体纳米结构硅衬底相结合，增强了石墨烯与电磁辐射的相互作用。大面积的飞秒激光结构的硅纳米柱阵列，用金纳米颗粒装饰，与石墨烯集成，这符合衬底纳米形貌。我们在488，514，633和785 nm的激发波长，跨越整个可见光范围内获得拉曼光谱。对于所有激发波长，石墨烯的拉曼信号增强了2-3个数量级，类似于迄今为止测量的关于等离子体基片上石墨烯的表面增强拉曼光谱（SERS）的最高增强。此外，与传统的沉积和光刻方法相比，这里采用的制造方法依赖于硅在水中的单步、无掩模、成本有效、快速激光加工，适合于大规模制造。差分时域模拟阐明了衬底的3D形貌的优点。石墨烯与Au修饰的硅纳米柱的构象使得石墨烯能够从增加数量的纳米颗粒中近场采样。由于与纳米柱的协同效应，不同的纳米颗粒对于柱上的不同波长和位置变得更活跃，从而提供宽带增强。纳米结构等离子体硅是与石墨烯和其他2D材料集成的有前途的平台，用于传感，光子学，光电子学和医疗诊断领域的大面积混合纳米材料的下一代应用。
2019-02-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Plasmonic-based gas sensing with graphene nanoribbons
利用等离子体激元进行气体振动模式传感的主要挑战是气体物质的极弱红外吸收。在这项工作中，我们探讨了通过表面吸附，光学，或静电场捕获自由气体分子，以增强气体等离子体相互作用，提高等离子体传感能力的可能性。我们讨论了这些捕获力的相对强度，并发现在典型的纳米阵列等离子体设置中的气体吸附对于约千分之几水平的气体浓度产生0.1%量级的光学消光的可测量的下降。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall
Atomistic modelling of frictional anisotropy of palladium nanoparticles on graphene
这篇文章是我们以前研究的金属纳米颗粒在石墨烯衬底表面的摩擦各向异性的其他温度条件下的延续。采用经典的分子动力学模型研究了钯纳米颗粒在石墨烯片上沿不同横向的摩擦力。研究了由10000个原子组成的纳米粒子在石墨烯表面高速滑动时的各向异性。纳米颗粒接触表面的不可通约性和短程有序性以及石墨烯变形的影响导致摩擦力没有明显的角度依赖性。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Atomistic quantum transport modeling of metal-graphene nanoribbon heterojunctions
我们在原子自洽薛定谔/泊松方案中计算了金属-石墨烯纳米异质结的量子输运。注意力都支付在界面结合的化学方面，以及沿带状长度的一维静电。带弯曲和掺杂效应强烈影响的输运性质，引起电导不对称和选择性抑制的子带形成。在高功函数Au、Pd和Pt电极的情况下，结静电和p型特性驱动导电机制，而在Al的情况下，接触电阻成为主导。
2010-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rectification and bolometric terahertz radiation detectors based on perforated graphene structures exhibiting plasmonic resonant response
提出基于穿孔石墨烯层的太赫兹探测器，利用整流和热载流子测热机制及等离激元振荡增强，在室温下实现高响应率和探测率。
2025-06-18 cond-mat.mes-hall
A comparison of graphene, superconductors and metals as conductors for metamaterials and plasmonics
超材料和等离子体的最新进展已经承诺了许多令人兴奋的应用，特别是在太赫兹和光学频率。不幸的是，这些光子结构中使用的贵金属在高频下不是特别好的导体，导致显著的耗散损耗。在这里，我们解决的问题是什么是一个良好的导体的超材料和等离子体。对于谐振超材料，我们开发了一个数字的优点导体，允许一个简单的分类导电材料根据所产生的耗散损耗的超材料。我们的方法的应用预测，石墨烯和高Tc超导体是不可行的替代金属的超材料。我们还提供了一些过渡金属，碱金属和透明导电氧化物的概述。对于等离子体系统，我们预测，石墨烯和高Tc超导体不能优于金作为表面等离子体极化激元的平台，因为石墨烯具有较小的传播长度与波长比。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
