Localized all-optical control of single semiconductor quantum dots through plasmon-polariton-induced screening
由于等离子体纳米结构通过激发表面等离子体激元（SPP）来强烈修改局部电磁（EM）场的能力，等离子体纳米结构经常被用于重塑发射方向并增强量子发射体（诸如半导体量子点（QD））的辐射衰减速率。这些特性对于量子信息处理、纳米光子电路和光电子学都是必不可少的。然而，迄今为止所展示的修改和增强常常急剧地改变发射器的局部能量密度，并因此改变其固有特性，从而几乎没有留下主动控制的空间。在这里，我们展示了一个单一的半导体量子点的能量状态的动态调谐，通过光学修改其局部介电环境与附近的等离子体结构，而不是直接耦合到量子点。这种方法保持了QD的原始固有光学性质不变，从而有机会实时调整其光学性质。这种能力在需要超快开关和调制机制的应用中是非常需要的。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall
Theory of the giant plasmon enhanced second harmonic generation in graphene and semiconductor two-dimensional electron systems
建立了二维电子系统在电场幅值下二阶非线性电磁响应的解析理论。二阶极化率和二次谐波信号的强度内的自洽场方法计算的半导体二维电子系统和石墨烯。在典型的实验参数下，石墨烯中的二次谐波产生比GaAs量子阱中强约两个数量级。在二维等离子体共振条件下，二次谐波辐射强度进一步增加了几个数量级。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall
Semiconductor superlattice diodes for detection of THz photons: The role of plasmon polariton excitation
从理论上分析了基于超晶格的二极管探测器在太赫兹波段（包括极性光学声子频率区域）的电流（电压）响应度。在等效电路方法的框架内的电动模型，它允许一个分析的响应度考虑到在基板和二极管的接触层中的等离子体激元激发已被建议。它已被证明，等离子体激元激发的存在下，引起强烈的功能，在频率依赖性的基于超晶格的二极管的响应度，即在杂交等离子体激元和光学声子的频率的共振谷和峰。有人建议，通过明智地设计基于超晶格的二极管，有可能大幅提高它们在太赫兹频带中的响应度。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall
Exciton-plasmaritons in graphene-semiconductor structures
我们研究了单层电荷掺杂石墨烯中的等离子体激元与由势垒与石墨烯隔开的窄禁带半导体量子阱中的激子之间的强耦合。我们表明，激子和等离子体激元之间的库仑相互作用的结果在混合状态描述的哈密顿量类似的激子极化激元，并推导出激子等离子体激元耦合常数依赖于系统参数。我们数值计算了几种半导体材料激子-等离子体激子色散支的拉比分裂，发现它可以达到50 - 100 meV的值。
2014-08-03 cond-mat.mes-hall
Ultra strong coupling regime and plasmon-polaritons in parabolic semiconductor quantum wells
研究了调制掺杂抛物势阱与电感电容谐振电路的超强耦合。在该系统中，根据Kohn定理，由电子-电子相互作用引起的能级分离的强烈减小补偿了去极化偏移。其结果是，一个非常大的比率为27%的拉比频率的中心谐振频率以及极化激元间隙的宽度为2？? 670 GHz的观测，这表明抛物量子阱作为系统的选择，以探索超强耦合制度。
2011-12-13 cond-mat.mes-hall
Semiconductor quantum plasmonics
我们研究了高掺杂半导体杂质半导体层中经典等离子体和量子等离子体之间的边界。选择半导体平台而不是金属进行我们的研究，可以准确描述构成等离子体响应的电子的量子性质，这是量子等离子体的关键要求。我们的量子模型允许我们计算由任意一维势确定的电子态的集体等离子体共振。我们的方法是证实了实验光谱，实现在一个单一的量子阱，其中存在高阶纵向等离子体激元模式。我们证明，它们的能量取决于等离子体的能量，因为它也是金属的情况下，但也对组成电子的大小限制。这项工作为半导体等离子体的量子工程技术的适用性开辟了道路。
2020-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pliable Polaritons: Wannier Exciton Plasmon Coupling in Metal Semiconductor Structures
已知等离子体结构支持具有亚波长体积的模式，其中场物质相互作用大大增强。分子激发和等离子体激元之间的耦合导致plexcitons的形成已被研究了一些有机分子。然而，金属半导体结构中的等离子激元-激子耦合却没有受到同样程度的关注。在这项工作中，我们表明，非常强的耦合制度，其中拉比能量超过激子结合能是可实现的半导体包覆的等离子体纳米粒子，并导致形成的Wannier激子等离子体激元极化子（WEPP），它是绑定到金属纳米粒子，其特征在于显着更小的激子半径和相应的更高的电离能。CdS/Ag结构的这种超过接近100 meV的更高电离能可以使等离子体/半导体结构中的室温玻色-爱因斯坦凝聚和极化激元激光成为可能
2018-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Coherent Controllable Transport of a Surface Plasmon Coupled to Plasmonic Waveguide with a Metal Nano Particle-Semiconductor Quantum Dot Hybrid System
利用实空间方法，研究了一维表面等离子体波导中半导体量子点和金属纳米粒子组成的混合纳米系统与单个等离子体相互作用时的开关现象.我们讨论了激子和局域表面等离子体激元之间的偶极耦合导致混合激子的形成，并且可以通过改变SQD和MNP之间的颗粒间距离和纳米颗粒的尺寸来控制传播的单个等离子体激元的透射和反射。利用这种纳米系统对单表面等离子体的可控输运，将在等离子体开关、单光子晶体管、纳米激光器和量子信息等新一代量子器件的设计中具有重要的应用前景。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonics in heavily-doped semiconductor nanocrystals
重掺杂半导体杂质半导体纳米晶具有可调谐等离子体激元带的特性，近年来受到越来越多的关注。在这里，我们介绍这种类型的材料，重点是它们的结构和光物理性能。除了他们的连续波等离子体响应，描述了理论和实验，我们还回顾了最近的结果，他们的瞬态，超快响应。这是成功地解释了适应模型的超快响应的金纳米粒子。
2013-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering semiconductor hybrids for sensing
研究了高掺杂半导体衬底对两层二维电子（如石墨烯）之间库仑相互作用的屏蔽效应。我们采用随机相位近似计算这种混合结构的色散方程，以确定等离子体激元激发光谱。当电流通过层时，由于电流驱动效应，层中的低频等离子体激元可以分叉成单独的流。在由层之间的分离和它们与表面的距离确定的临界波矢量处，它们的相速度可以在相反的方向上，并且表面等离子体激元不稳定性导致辐射的发射。应用探测器和其他电磁器件利用纳米等离子体进行了讨论。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Driven Hot Electron Transfer at Atomically Sharp Metal-Semiconductor Nanojunctions
在纳米尺度上引导和定位光的最新进展暴露了超尺度等离子体激元器件的巨大潜力。在这种背景下，表面等离子体激元衰变为热载流子引发了各种应用，以提高能量收集，光催化和光检测的效率。然而，对等离子体激元热载流子产生，特别是金属-半导体界面处的转移的详细理解仍然是难以捉摸的。在本文中，我们介绍了单片金属-半导体（铝锗）异质结器件，提供了一个平台，研究表面等离子体衰变和热电子转移在原子尖锐的肖特基纳米结。栅控金属-半导体异质结器件的特点是在Al-Ge界面处的肖特基势垒高度的静电控制，使得热电子过滤成为可能。通过控制Ge带间电子转移导致负微分电阻，证明了等离子体激元驱动热电子注入的动量匹配和能量分布控制能力。
2020-06-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Transport Properties of a Single Plasmon Interacting with a Hybrid Exciton of a Metal Nanoparticle-Semiconductor Quantum Dot System Coupled to Plasmonic Waveguide
采用实空间方法研究了一维表面等离子体波导耦合的半导体量子点和金属纳米粒子混合系统与单个等离子体相互作用过程中的输运性质.我们认为MNP与SQD相互作用导致了混合激子的形成，通过调节施加在MNP与SQD混合纳米体系上的经典控制场的频率、金属纳米颗粒的种类以及背景介质，可以控制单次入射等离子体激元的透射和反射.单等离子体激元与这种混合纳米系统相互作用的输运性质可以在下一代量子器件如单光子开关和纳米镜的设计以及量子信息处理中找到应用。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Free electron nonlinearities in heavily doped semiconductors plasmonics
重掺杂的杂质半导体已经成为中红外频率的可调谐低损耗等离子体材料。本文研究了与高浓度自由电子有关的非线性光学现象。我们使用流体动力学的描述来研究自由电子动力学在重杂质半导体高达三阶项，这通常是可以忽略不计的贵金属。我们发现，级联三次谐波产生由于二次谐波信号可以作为直接三次谐波产生的贡献一样强，即使当二次谐波产生效率为零。此外，我们表明，当与等离子体增强自由电子的非线性耦合时，可以达到两个数量级大于传统的半导体非线性。本研究为中红外波段非线性光学集成器件的研究开辟了一条新的途径。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hydrodynamic acoustic plasmon resonances in semiconductor nanowires and their dimers
从金属等离子体激元学已知的流体动力学Drude模型也适用于尺寸在单粒子量子限制和体之间的半导体结构。但与金属相反，对于半导体，可能必须考虑两种或更多种类型的等离子体，以便正确描述它们的等离子体特性。在这种结合分析和计算的研究中，我们探讨了最近提出的双流体动力学Drude模型的等离子体半导体纳米线的光学性质的预测，特别是热激发InSb纳米线。我们专注于低频声表面和体等离子体共振，这是这个模型的独特指纹，尚未观察到。我们确定这些共振的光谱单纳米线的基础上分析计算，他们是在我们的数值实现的模型完全一致。对于纳米线的二聚体，我们预测的消光截面和声学局域表面等离子体共振场增强，这使得它的观察在二聚体的大幅增加更有可能。
2019-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harmonic-Induced Plasmonic Resonant Energy Transfer between Metal and Semiconductor Nanoparticles
本研究提出谐波诱导等离激元共振能量转移（HIPRET）机制，通过氧化铝层调控CuS与Au纳米颗粒间距，实现超快可调谐上转换，为高效非线性纳米器件提供新策略。
2024-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon-Phonon Hybridization in Doped Semiconductors from First Principles
本研究针对掺杂半导体中等离激元与声子的非绝热杂化及相互屏蔽的第一性原理研究空白，通过将戴森方程转化为等效阻尼振子的频率无关动力学矩阵实现计算，结果与拉曼数据吻合，为相关光谱实验提供理论参考。
2024-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant interaction of molecular vibrations and surface plasmon polaritons: The weak coupling regime
调节自由电子浓度，半导体ZnOGa的表面等离子体频率被调谐成与正烷烃四十烷的分子振动共振。封闭的分子膜沉积在半导体的表面上的单层制度产生不同的签名，在全衰减反射光谱的对称和不对称的伸缩振动的CH 2基团的频率。当沿表面等离子体色散运动时，它们的线形经历了从吸收到色散甚至反共振行为的深刻变化。我们证明，这种线的形状多样性的结果从相敏扰动的表面等离子体激元产生在分子/金属界面。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall
Carrier Plasmon Induced Nonlinear Band Gap Renormalization in Two-Dimensional Semiconductors
在降维半导体中，掺杂诱导的载流子等离子体激元可以与准粒子激发强烈耦合，导致显著的带隙重整化。我们开发了一种新的等离子体磁极理论，有效地和准确地捕捉这种耦合。使用单层二硫化钼（MoS2）作为原型的二维（2D）半导体，我们揭示了一个增强的带隙重正化约400 meV和一个不寻常的非线性演化的带隙掺杂。这种2D预测与一维结构常见的线性行为显著不同。我们开发的方法允许在一般掺杂的2D半导体中的多体相互作用的定量理解，并为新的带隙工程技术铺平了道路。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Exciton-plasmon Coupling and Electromagnetically Induced Transparency in Monolayer Semiconductors Hybridized with Ag Nanoparticles
激子与金属纳米粒子支持的局域表面等离子体激元强耦合的混合系统定义了一种控制光-物质相互作用的新方法。在这里，我们报告激子-等离子体激元耦合在二维（2D）半导体，如二硫化钼和WS 2，与银纳米粒子杂交。突出的光致发光增强在单层二硫化钼观察与局域表面等离子体共振（LSPR）调谐到激子共振。通过调节激发能，解决了近场增强和Purcell效应引起的辐射发射率增强的贡献。共振条件下激子与LSPR之间的强相干偶极-偶极耦合在局域表面等离子体激元的消光谱中表现为电磁诱导的透明窗口。在这种强耦合状态下，一种新的准粒子，称为plexciton，预计将表现出独特的性质，这在原始粒子中都不存在。我们的研究结果表明，与等离子体结构杂化的二维半导体不仅在能量收集和发光器件的应用中具有很大的前景，而且还为强耦合机制中激子-等离子体相互作用的基础研究提供了一个有吸引力的平台。
2016-01-21 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
Rashba plasmon polaritons in semiconductor heterostructures
我们提出了一个在介质、金属和非对称量子阱之间的界面结构中表面等离子体激元-极化激元放大的概念。由于Rashba自旋-轨道相互作用，导带电子色散关系的最小值相对于空穴在$Γ$ -点的色散关系的最大值发生了移动.当电子和空穴的色散关系极值之间的能量和动量间隔与等离子体激元的色散关系相匹配时，间接辐射跃迁可以放大等离子体激元;由于选择规则，漏模的激发被禁止。计算了间接辐射跃迁的效率，并分析了结构的设计。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing dark excitons in atomically thin semiconductors via near-field coupling to surface plasmon polaritons
过渡金属二硫属化物（TMD）单层是直接带隙半导体，其特征在于紧密束缚的激子、强自旋轨道耦合和自旋谷自由度。根据电子-空穴对的自旋配置，TMD单层的谷内激子可以是光学亮的或暗的。暗激子涉及名义上自旋禁戒的光学跃迁与零面内跃迁偶极矩，使他们的检测与传统的远场光学技术具有挑战性。在这里，我们介绍了一种新的方法，用于探测二维（2D）材料的光学性质，通过近场耦合到表面等离子体激元（SPPs），选择性地增强与垂直于2D平面的偶极矩的光学跃迁。我们利用这种方法直接检测暗激子在单层TMD。当WSe 2单层放置在单晶银膜的顶部时，其发射到近场耦合SPPs显示新的光谱特征，其能量和偶极子取向与暗中性和带电激子一致。基于SPP的近场光谱显著增强了探测和操纵原子级薄材料激子动力学的实验能力。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall
Revealing Strong Plasmon-Exciton Coupling Between Nano-gap Resonators and Two-Dimensional Semiconductors at Ambient Conditions
二维半导体激子与等离子体共振器的强耦合使得能够在亚波长尺度上控制光-物质相互作用。在这里，我们开发了强耦合等离子体纳米间隙谐振器，允许修改激子数有助于耦合。利用该系统，我们不仅在光致发光谱中发现了高达163 meV的大真空拉比分裂和分裂特征，而且发现激子数可以降低到个位数水平（N<10），这比传统系统低一个量级，接近于基于单激子的强耦合。此外，我们还证明了强耦合过程不受激子相干性尺寸的影响，而激子相干性尺寸的增大被认为不利于等离子体激元-激子相互作用的形成。我们的工作提供了一个更深入的了解storng耦合在二维半导体，铺平了道路，室温量子光学应用。
2018-11-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of plasmon-enhanced Foerster energy transfer in optically-excited semiconductor and metal nanoparticles
我们描述了在金属子系统（金属纳米晶体）的存在下，半导体纳米粒子之间的Foerster转移的过程。在金属纳米晶体的存在下，Foerster过程可以变得更快，更长。Foerster转移的增强是由于等离子体辅助放大纳米级组件内的电场的效果而发生的。同时，金属纳米晶体导致在Foerster转移过程中的能量损失增加。在等离子体共振的激励下，我们推导出了能量转移率、光致发光强度和能量耗散率的方便方程。由于金属的强耗散，等离子体增强的Foerster转移的实验观察需要特殊的条件。作为可能的实验方法，我们考虑连续波和时间分辨的光致发光研究，并描述了观察等离子体增强转移的条件。特别是，我们表明，光致发光光谱应仔细分析，因为等离子体增强的福斯特效应可以出现在一起与强激子能量耗散。我们的研究结果可以应用到各种实验纳米系统。
2007-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controllable Excitation of Surface Plasmon Polaritons in Graphene-Based Semiconductor Quantum Dot Waveguides
本文研究了外辐射激发下Ag $_2$ Se量子点阵列加载的两片石墨烯等离子体波导中的集体近场效应。本研究旨在发展一种理论方法，以实现可控的激发和平面石墨烯波导中的表面等离子体激元（SPP）的传输。该模型是基于半经典描述，这意味着色散方程的两个耦合的石墨烯片和嵌入的量子点的能谱分析激发的SPP的解决方案。采用时域有限差分法，数值研究了在不同的石墨烯片上外加外加电压和不同的量子点排列方式下，波导中近场分布的变化。研究表明，施加外部电压允许局部改变石墨烯化学势，从而导致电极之间空间中SPP的可控激发。在这些条件下，激发的SPP的传播方向由提供所需SPP路由的金电极的几何配置确定。该系统为近场能量传输和集中提供了新的机会，可用于开发超紧凑的光子器件。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall
Kinetic theory of surface plasmon polariton in semiconductor nanowires
基于表面等离子体激元的半经典模型哈密顿量和非平衡格林函数方法，提出了一种研究电子散射对半导体纳米线中表面等离子体激元动力学行为影响的微观动力学理论.表面等离子体极化激元的阻尼源于电子的共振吸收（朗道阻尼），并且相应的阻尼表现出尺寸依赖的振荡和明显的温度依赖性，而没有任何散射。散射通过向共振引入加宽和移位来影响阻尼。为了证明这一点，我们研究了在InAs纳米线中存在的电子杂质，电子声子和电子电子库仑散射的表面等离子体极化激元的阻尼。电子-杂质散射和电子-声子散射的主要作用是引起展宽，而电子-电子库仑散射不仅引起展宽，而且引起共振位移。对于InAs纳米线的调查，由于电子-声子散射的展宽占主导地位。因此，散射对表面等离子体极化激元的阻尼有显著的影响：在散射的存在下，尺寸相关的振荡被消除，温度相关性也被抑制。这些结果表明了散射对半导体纳米线表面等离子体激元阻尼的重要作用。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong coupling between Tamm plasmon polariton and two dimensional semiconductor excitons
过渡金属二硫属化物（TMDC）二维半导体材料在光与物质的相互作用中表现出许多奇特的物理现象。由于它们的双折射性质、与光的强相互作用以及室温下的强激子，为研究低维和室温下的强耦合物理提供了一个理想的平台。在这里，我们报告的2D半导体激子和Tamm等离子体激元（TPPs）之间的强耦合。通过测量角分辨差分反射谱，我们在室温下观测到了约54 meV的拉比分裂，并利用传输矩阵方法对理论结果进行了模拟。我们的研究结果将促进室温下基于TPP的双极化激元器件的实现。
2016-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-demand reversible switching of the emission mode of individual semiconductor quantum emitters using plasmonic metasurfaces
本文设计可追踪的外部等离激元超表面耦合系统，实现单个半导体量子发射体在单光子与光子对发射模式间的按需、无损可逆切换。
2023-08-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling emission from single localized defects in 2D semiconductor to surface plasmon polaritons
类原子发射体与表面等离子体激元的耦合提供了一条通向显著的光学非线性的路径，这在量子信息处理和量子网络中是必不可少的。大的耦合强度要求发射器在等离子体结构的表面附近的纳米级定位精度，这是具有挑战性的。我们证明了在钨二硒化物（WSe2）单层自对准的银纳米线的表面等离子体激元模式的单个局部缺陷的耦合。银纳米线在重叠区域处的单层上诱导应变梯度，导致形成固有地接近表面等离子体的局部缺陷发射位点。我们测量的耦合效率的下限为39%，从发射器到等离子体模式的银纳米线。该技术提供了一种实现等离子体结构与2D半导体的局部缺陷之间的有效耦合的方法。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunneling Current Spectra of a Metal Core/Semiconductor Shell Quantum Dot Molecule
采用Keldysh格林函数方法，研究了金属核/半导体壳层量子点分子（QDM）嵌入金属电极基体中的输运性质.研究了电子等离子体激元相互作用（EPI）对QDM隧穿电流谱的影响。量子点的能级、点内和点间的库仑相互作用、电子点间跳跃强度和量子点的隧穿速率由EPI重整化。微分电导谱显示了由等离子体辅助隧穿过程、点内和点间库仑相互作用以及量子点之间的相干隧穿引起的峰。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall
Role of Auger Recombination in Plasmon Controlled Photoluminescence Kinetics in Metal-Semiconductor Hybrid Nanostructures
半导体量子点（SQD）的光谱研究解决了非辐射载流子损耗的问题，对于提高各种发光器件的效率至关重要。SQD发射极的各种设计，如掺杂、形成核-壳和合金化，已经尝试抑制非辐射复合。在这篇文章中，我们表明，形成与金属纳米粒子（MNP）具有局部表面等离子体共振与SQD的发射光谱重叠的混合物，可以减轻通过俄歇复合的非辐射载流子损耗。使用稳态和时间分辨的光致发光，已经表明，当这种混合物被选择性地激发远高于带隙而不激发等离子体时，对快速衰减时间的贡献随着对较长衰减时间的贡献的增加而减少。当激子和等离子体同时激发时，观察到完全相反的动力学。这种通过将MNP放置在SQD附近来控制光致发光动力学的方法为设计非常适合于发光器件的混合材料开辟了一种新方法。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A quantum plasmonic nanocircuit on a semiconductor platform
量子光子学为诸如保密通信、量子计算、量子模拟和量子精密测量等未来技术带来了巨大的希望。量子光子学面临的一个突出挑战是开发可扩展的微型电路，将单光子源，线性光学元件和探测器集成在芯片上。等离子体纳米电路将在这种发展中发挥重要作用。等离子体组件具有超紧凑的几何形状，并且由于强场限制和增强，与传统电介质组件相比可以更灵活和更节能地控制。此外，等离子体元件由于其深亚波长尺寸以及其导电材料而与电子电路兼容。然而，对于量子等离子体激元电路，在结构中集成稳定、明亮和窄带的单光子源到目前为止还没有报道。在这里，我们提出了一个量子等离子体激元纳米电路驱动的自组装GaAs量子点。该量子点有效地激发窄带单等离子体激元，这些等离子体激元在双线传输线中被引导，直到它们被光学天线转换成单光子。我们的工作证明了完全片上等离子体纳米电路用于量子光学应用的可行性。
2016-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exciton-Plasmon Coupling in 2D Semiconductors by Surface Acoustic Waves
我们从理论上证明了二维半导体中的激子与金属薄膜中的表面等离子体激元之间的耦合，通过表面声波（SAW），证明了所产生的激子-等离子体激元极化激元（或plexcitons）是在强耦合制度。SAW的应变场产生动态衍射光栅，为表面等离子体提供动量匹配，而可以使激子解离的压电场被金属抵消。这对于单层MoS $\mathrm{_{2}}$和在LiNbO $\mathrm{_{3}}$压电衬底上的薄银层顶部上的单层和少层黑磷是示例性的，提供100-150 meV的拉比分裂。因此，我们证明，SAW是强大的工具来调制支持的二维半导体的光学特性的装置的高频局部变形量身定制的声学换能器，可以作为电可切换发射器的传播plexcitons适合于主动高速纳米光子应用。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A low cost plasmonic platform for photon emission engineering of two dimensional semiconductors
虽然二维材料领域已经通过使高质量的样品便宜地可获得而使材料科学大众化，但是由于这些系统的原子薄性质，几乎总是需要与纳米结构的集成来获得显著的光学响应。传统上，这些纳米结构通过电子束光刻或聚焦离子束铣削来制造，这是昂贵的，并且大面积制造可能进一步耗时。为了克服这个问题，我们报告的2D半导体上的成本效益和大面积制造的纳米锥平台的集成。我们表明，我们的纳米锥结构的等离子体模式导致单层WSe $_2$的光致发光（PL）增强约8至10倍相比，非等离子体的情况下，与时域有限差分模拟一致。激发功率相关的测量表明，我们的纳米锥平台，使一个通用的路线工程的相对激子trion贡献的排放。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Structural studies of the silica sol-gel glasses doped with copper selenide nanoparticles with plasmonic resonance absorption
工作背景：半导体掺杂玻璃经过多年的积极处理，并继续受到极大的关注，因为挑战各种化学性质的纳米半导体的特性。铜硫族化合物已经发现了与主要半导体纳米颗粒特定的量子限制效应一致的等离子体特性。目的：本工作的目的是研究具有硒化铜纳米颗粒的溶胶-凝胶衍生的二氧化硅玻璃的结构和光学特征，其在近红外范围内表现出等离子体光吸收的外观。方法：所研究的样品是通过一种新颖的溶胶-凝胶技术制备的，该技术实现了硒化铜的同时合成和介孔二氧化硅的烧结。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和光学吸收光谱对硒化铜玻璃进行了表征。结果：用XRD和TEM技术证实了纳米Cu 2-xSe颗粒的形成，其尺寸范围为100-150 nm。其主要光学性质由可见光和近红外波段的特征吸收来表征。在2.10-2.36 eV范围内评价了直接跃迁的Eg。纳米颗粒中的等离子体共振由于载流子浓度增加而起源于具有可变化学计量比的Cu 2-xSe纳米颗粒的固有缺陷。在合成过程中，可以通过Cu/Se比来控制其能量。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall
Near-field imaging of plasmonic nanopatch antennas with integrated semiconductor quantum dots
在过去的十年中，包含数百皮米到几纳米厚的介电间隙的等离子体纳米贴片天线引起了越来越多的关注，因为它们将电磁场限制在严重的亚衍射限制体积内。对限制在这些等离子体腔中的激子和色心的光学性质的实质性控制已经用远场光学光谱法证明，但是近场光学光谱法对于改善对纳米级等离子体-发射体相互作用的理解是必不可少的。在这里，我们的特点与阴极发光显微镜孤立的纳米贴片天线的强度和相位分辨等离子体响应。此外，我们探讨耦合等离子激元异质结构的光学和电子束光谱之间的区别，以确定未来的纳米级表征和控制的混合纳米光子结构的限制和机会。虽然我们在时间分辨光致发光光谱中观察到大量的Purcell增强，但在混合纳米光子结构的阴极发光光谱中观察到可忽略的Purcell增强。电子束和激光激发的测得的Purcell增强的实质性差异可以理解为这些互补实验的不同选择规则的结果。这些结果为纳米贴片天线中的近场等离子激元-激子相互作用提供了一个全新的理解，这对无数新兴的量子光子器件至关重要。
2021-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Origin of optical nonlinearity in plasmonic semiconductor nanostructures
本文通过实验和流体动力学建模证明重掺杂半导体中的自由电子非线性效率可比传统电介质高几个数量级，并可通过调节掺杂水平控制非线性效率及其光谱位置，为全半导体光子集成电路中的等离子体非线性应用奠定基础。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Incident-Angle Dependence of Electromagnetic Wave Transmission through a Nano-hole in a Thin Plasmonic Semiconductor Layer
这项工作的重点是入射的电磁波在其传输通过一个薄的半导体等离子体层中的亚波长纳米孔的入射角的作用。充分详细的计算和结果显示为$ p$ -和$s$ -偏振的入射波的各种入射角在近，中，远区的透射辐射。我们的并矢格林函数公式包括（1）直接通过$ 2D $等离子体层传输的电磁场与（2）从纳米孔发出的辐射叠加。干涉条纹由于这种叠加明确显示。基于积分方程的制定，这种并矢格林函数的方法不涉及任何呼吁金属边界条件。它确实结合了半导体层的$ 2D $等离子体激元的作用，其由于其横向波数依赖性而被涂抹。我们发现，干涉条纹，这是聚集在纳米孔附近，平坦化到一个统一的水平，直接通过片材单独在大的距离从纳米孔的传输。此外，随着入射角增加，穿过纳米孔的相对大的中心透射最大值的轴跟随它，伴随着大的中心透射最大值前方的干涉条纹最大值的空间压缩，以及其后方的条纹最大值的空间变薄。
2015-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Intrinsic Optical and Electronic Properties from Quantitative Analysis of Plasmonic Semiconductor Nanocrystal Ensemble Optical Extinction
由杂质半导体纳米晶体（NC）中的局部表面等离子体共振引起的光学消光光谱具有由自由载流子浓度和用于阻尼这些自由载流子的振荡的各种机制确定的强度和线形。然而，当测量系综的光谱时，这些固有性质被非均匀加宽卷积。我们发现，传统的德鲁德近似不配备从一个异质系综的杂质半导体NC拟合光谱，并产生拟合结果，违反米氏散射理论。非均匀系综德鲁德近似（HEDA）模型纠正了这个问题，占系综非均匀性和近地表耗尽。HEDA模型适用于锡掺杂的氧化铟NC的范围内的大小和掺杂水平，但我们希望它可以用于任何各向同性等离子体粒子在准静态政权。它捕获单个NC光学特性及其对系综光谱的贡献，从而能够从系综测量分析固有NC特性。品质因数的平均NC在每个合奏量化，并发现显着高于合奏。载流子迁移率和电导率来自HEDA拟合匹配的散装薄膜文献中测量。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-assisted two-photon absorption in a semiconductor quantum dot -- metallic nanoshell composite
光子吸收具有许多实际应用的潜力。我们从理论上研究了半导体量子点-金属纳米壳复合材料在共振连续波激发下这种现象的发生。该系统中的双光子吸收可以以两种方式发生：非相干-由于连续的基态到一个激子到双激子跃迁，以及相干-由于相干双光子过程，涉及量子点中的直接基态到双激子跃迁。在量子点附近的纳米壳层的存在引起两个主要效应：（i）-所施加的场振幅的重正化和（ii）-量子点的共振频率和辐射弛豫速率的重正化，两者都取决于量子点能级的布居。我们表明，在微扰制度，当激子能级只有轻微的人口，这些因素中的每一个可能会引起抑制或增强的双光子吸收。两者的复杂相互作用决定了最终的效果。超出微扰制度，它被发现，双光子吸收经历了剧烈的增强，这发生独立的类型的激发，无论是到单激子共振或到双光子共振。从两种纳米颗粒之间的耦合中出现的复合材料的双光子吸收的其他特征是双稳态和自振荡。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall
One-dimensional transport in hybrid metal-semiconductor nanotube systems
我们发展了一个电子输运理论的混合系统的半导体碳纳米管封装一个原子厚的金属线。该理论预测了通过系统的电子输运中的Fano共振，由此导线上的电子与纳米管等离子体激元产生的近场的相互作用阻断了一些导线传输通道，从而在导线传输带外的纳米管禁带中打开了新的相干等离子体激元介导的通道。这样的通道使得整个混合系统在能量域中是透明的，其中线和纳米管都不是单独透明的。这种效应可以用来操纵的电子电荷转移的混合纳米器件建立在金属-半导体纳米管系统。
2015-12-03 cond-mat.mes-hall
Radiative Thermal Diode Mediated by Nonreciprocal Graphene Plasmons Waveguides
提出了一种基于非互易石墨烯等离子体波导辅助纳米颗粒间非对称辐射传热的热二极管。热二极管系统由两个粒子和一个漂移偏置的悬浮石墨烯片在他们附近。非互易石墨烯等离子体激元由石墨烯片中的漂移电流引起，然后耦合到由近场机制中的粒子发射的波。基于石墨烯等离子体激元传播方向的不对称性，观察到两个粒子之间的热整流。辐射热二极管的性能可以通过调节石墨烯片中的化学势或改变漂移电流来主动调节。在大的漂移速度和小的化学势下，可以在从近场到远场的很宽的粒子间距范围内获得整流系数非常接近1的理想辐射热二极管。采用石墨烯等离子体激元的色散关系来分析整流效应的潜在物理。此外，由于非互易石墨烯等离子体激元的宽带特性，漂移偏置的石墨烯可以作为粒子之间的热整流的通用平台。更优选具有较大粒子共振频率的粒子以产生更好的热二极管。该技术在纳米热管理领域有着广泛的应用前景
2020-01-05 cond-mat.mes-hall
Nonlinear broadening of the plasmon linewidth in a graphene stripe
与半导体结构相反，实验观察到的石墨烯中的等离子体共振显示出不对称且相当宽的线宽。我们表明，这可以解释在这种材料中的线性电子能量色散，并与广义科恩定理在石墨烯的违反。
2012-10-08 cond-mat.mes-hall
Electrical tuning of exciton-plasmon polariton coupling in monolayer MoS2 integrated with plasmonic nanoantenna lattice
半导体中的光-物质相互作用的主动控制对于实现下一代光电子器件是至关重要的，通过外场可调谐地控制系统的光学性质。操纵通过几何参数耦合到腔体的活性物质中的光学相互作用的能力，所述几何参数与利用施加的场的动态控制一起固定，开辟了控制激子寿命、振子强度及其弛豫性质的可能性。在这里，我们展示了电控制激子等离子体激元耦合强度的二维半导体集成与等离子体激元纳米谐振器组装在场效应晶体管器件之间的强耦合和弱耦合限制静电掺杂。因此，激子-等离子体激元极化子色散可以动态地改变所施加的电场通过调制的激子性质的单层二硫化钼所产生的多体效应与载流子浓度。此外，强耦合带电激子等离子体激元也观察到后增加载流子注入。利用等离子体纳米谐振器和电场动态控制超薄半导体的光学特性的能力证明了耦合系统的多功能性，并为具有精确定制响应的光电子器件的设计提供了新的平台。
2016-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent scheme for optical response of large hybrid networks of semiconductor quantum dots and plasmonic metal nanoparticles
我们讨论了一个自洽的方案，用于处理大的半导体量子点（SQDs）和等离子体金属纳米粒子（MNP）的混合网络的光学响应。我们的方法是有效的和可扩展的，并成为严格的弱相互作用的SQD的限制情况下。自洽方程获得的稳定状态是类似的冯诺依曼方程的密度矩阵的SQD放置在一个有效的电场内计算的离散偶极子近似的运动。说明性应用的理论，以方形和蜂窝SQD，MNP，混合SDQ-MNP晶格以及SQD-MNP二聚体。我们的研究结果表明，混合SQD-MNP晶格可以提供灵活的平台，光操纵与可调谐振特性。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
Impacts of Surface Depletion on the Plasmonic Properties of Doped Semiconductor Nanocrystals
简并杂质半导体纳米晶体（NC）在电磁波谱的红外范围内表现出局域表面等离子体共振（LSPR）。与金属不同，半导体NC通过掺杂或通过电化学或光化学充电提供可调的LSPR特性。通过载流子密度调制来调节等离子体特性表明了其在智能光电子学、催化和传感方面的潜在应用。在这里，我们阐明了LSPR调制的基本方面，通过动态载流子密度调谐在Sn掺杂氧化铟NC。合成了具有不同掺杂水平和尺寸的单分散Sn掺杂氧化铟纳米碳，并组装成均匀的薄膜。然后在原位电化学电池中对NC膜充电，并监测LSPR调制光谱。基于LSPR的光谱位移和强度调制，结合光学建模，发现经常被忽视的半导体性质，特别是由于掺杂和表面状态引起的能带结构修改，强烈影响LSPR调制。费米能级钉扎的表面缺陷状态创建一个表面耗尽层，改变LSPR的属性，它决定了LSPR频率调制的程度，减少预期的近场增强，并大大降低了LSPR对周围环境的敏感性。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photo-induced electron transfer in the strong coupling regime: Waveguide-plasmon polaritons
光子在材料和光腔之间的可逆交换可导致形成混合光-物质状态，其中材料性质如物质的功函数\cite{Hutchison_AM2013a}、化学反应性\cite{Hutchison_ACIE2012a}、超快能量弛豫\cite{Salomon_ACIE2009a,Gomez_TJOPCB2012a}和电导率\cite{Orgiu_NM2015a}与不存在与电磁场的强相互作用的相同材料的性质显著不同。在这里，我们表明，强烈的光-物质之间的耦合半导体波导和局部等离子体共振金属纳米线上的限制光子修改的光-诱导电荷-等离子体衍生（热）电子到接受状态的半导体材料的转移率的效率。超--快速光谱测量揭示了瞬态信号的幅度之间的强相关性，归因于电子驻留在半导体中，和波导和等离子体激元激发的杂交。
2015-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-field thermal radiation transfer controlled by plasmons in graphene
结果表明，热激发等离子体极化激元模式可以强烈地介导，增强和\emph{tune}的近场辐射传输之间的两个紧密分离的石墨烯片。在近红外波段，在波动电动力学的框架内分析了近场热交换对掺杂和电子弛豫时间的依赖关系。对热传递的主要贡献可以被控制为来自带间或带内过程。我们预测在低掺杂和共振的两个石墨烯片中的等离子体激元的最大转移，具有数量级增强（例如，对于$0.1μm$到$10nm$之间的分离，$10^2$到$10^3$）超过Stefan-Boltzmann定律，称为远场极限。强大的，可调的，近场转移提供了一个外部可控的热开关，以及一个新的混合石墨烯石墨烯热电/热光伏能量转换平台的承诺。
2012-03-17 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
Surface plasmons mediated energy transfer from a semiconductor quantum well to an organic overlayer
我们考虑的共振能量转移从一个二维的Wannier激子（施主）的Frenkel激子的分子晶体覆盖层（受体）时，有源介质被分隔的金属层，可能是一个电极。我们表征了表面等离子体对这一过程的影响。使用现实的材料参数的值，我们表明，它是可能的，以改变传输速率通常在一个因素为5（根据几何配置高达44）。然后，我们考虑到由于与金属的接近而导致的有机发光的猝灭。后者是显着的，并产生负面影响的总内部效率，我们讨论不同的几何形状。
2013-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anomalous Thermal Transport in Quantum Wires
我们研究在一维量子线，连接到水库的热输运。尽管不存在电子背散射，但导线中的相互作用强烈影响热传输。电子通过导线以单位传输方式传播，电导不受影响。然而，能量是由玻色子激发（等离子体激元）携带的，即使在比费米波长大得多的尺度上也会受到散射。如果电子密度随机变化，则等离子体激元被定域化并且发生{ \em电荷-能量分离}。我们还讨论了等离子体激元-等离子体激元相互作用的影响，使用Levinson的非局部热输运理论。
1998-08-19 cond-mat.mes-hall
