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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Novel mid-infrared plasmonic properties of bilayer graphene
我们研究了Bernal堆叠双层石墨烯的中红外等离子体响应。与单层对应物不同，双层石墨烯可容纳光学活性声子模式和红外频率下的共振带间跃迁。它们强烈地改变了双层石墨烯的等离子体性质，导致Fano型共振、红外声子吸收的巨等离子体增强、光学透明性的窄窗口以及比经典等离子体更高能量的新等离子体模式。
2014-07-11 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
Graphene Based Plasmonic Tunable Low Pass Filters in the THz Band
我们提出的概念，合成，分析和设计的石墨烯基等离子体可调谐低通滤波器在太赫兹波段工作。该结构由一个转移到电介质上的石墨烯带和一组位于其下方的多晶硅直流选通焊盘组成，通过石墨烯的场效应充分控制每个带段的引导特性，实现了对传播的表面等离子体的阶梯阻抗低通滤波器。提出了一种综合方法来设计具有截止频率、带内性能和抑制特性的滤波器。该结构的电磁建模是有效地执行相结合的静电缩放法计算每个带部分的传输线和传输矩阵框架的引导功能，方法进一步验证通过全波模拟。所提出的过滤器的性能进行评估，在实际情况下，考虑到存在的门控偏置和石墨烯的损失的影响。这些结果以及与等离子体传播相关的高度小型化，对于未来在创新的THz通信系统中使用和集成所提出的滤波器与其他石墨烯和硅基元件是非常有希望的。
2014-10-25 cond-mat.mes-hall
Classical and Quantum Plasmonics in Graphene Nanodisks: the Role of Edge States
边缘态在许多多分量波函数的凝聚态系统中普遍存在。例如，边缘状态在锯齿形石墨烯纳米带中的传输中起着至关重要的作用。在这里，我们报告的量子等离子体在掺杂石墨烯纳米盘锯齿形边缘的微观计算。我们将纳米盘电导率$σ(ω)$表示为常规体电导率$σ_{\scriptscriptstyle\text{B}}(ω)$和新颖项$σ_{\scriptscriptstyle\text{E}}(ω)$的总和，所述新颖项对应于边缘状态和体状态之间的耦合。我们表明，边缘状态引起的红移和加宽的等离子体共振，并且它们往往显着影响的吸收效率。我们进一步开发简化的模型，将非局部响应内的流体动力学的方法，它允许在超小尺寸制度的等离子体激元的半定量描述。然而，偏振依赖性仅由完全微观模型给出。这里开发的方法应该有许多应用程序在其他系统中支持边缘状态。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall
Phase- and angle-sensitive terahertz hot-electron bolometric plasmonic detectors based on FETs with graphene channel and composite h-BN/black-P/h-BN gate layer
本文提出基于石墨烯沟道FET和黑磷或复合h-BN/黑磷/h-BN栅层的太赫兹测辐射热矢量探测器，利用源漏相位差调控等离子体共振，实现相位和角度敏感探测。
2023-10-15 cond-mat.mes-hall
Quasi-flat plasmonic bands in twisted bilayer graphene
在狄拉克锥和随机相位近似下研究了扭曲双层石墨烯的电荷极化率。对于足够小的扭转角$θ\lesssim 2^\circ$，我们发现弱朗道阻尼带间等离子体，即~例如，集体激子模式存在于未掺杂的材料中，具有几乎恒定的能量色散。在这个制度中，损失函数可以被描述为一个法诺共振，我们认为，这些激发产生的准局域态与入射光场的相互作用。这些预测可以通过纳米红外成像进行测试，可能的应用包括不需要左手材料的“完美”透镜。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall
Twisted bilayer graphene as a terahertz plasmonic crystal
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究最小扭角双层石墨烯作为太赫兹等离子体晶体的特性，通过网络模型计算其能带结构并模拟太赫兹成像实验。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall
Screened topological plasmons in graphene plasmonic crystals
University of Minho（米尼奥大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（伊比利亚纳米技术国际实验室）
研究了由周期性调制的石墨烯层上金属基底上产生的屏蔽等离子体形成的二维等离子体晶体中的拓扑效应，通过开发适用于无损耗石墨烯的屏蔽等离子体量子化理论，分析所得带结构，证明晶体具有非平凡的拓扑带和量化几何相位，并展示了在有限开放系统中带隙内出现的边缘态经历拓扑相变并随着调制增加与本征态合并。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall
Electronic and plasmonic phenomena at graphene grain boundaries
石墨烯是碳原子的二维蜂窝状晶格，在（光）电子学和等离子体激元学中引起极大兴趣，并且可以通过多种制造技术获得，其中化学气相沉积（CVD）是最有希望的技术应用之一。CVD生长的石墨烯的电子和机械性质在很大程度上取决于晶界的特性。然而，这些晶界的物理性质仍然具有挑战性，直接和方便地表征。在这里，我们表明，它是可以可视化和调查的CVD生长的石墨烯使用红外纳米成像技术的晶界。我们利用石墨烯晶界反射和散射的表面等离子体激元，从而引起等离子体激元干涉。通过记录和分析干涉图案，我们可以绘制大面积CVD生长的石墨烯薄膜的晶界，并探测单个晶界的电子特性。定量分析表明，晶界形成电子势垒，阻碍电输运和等离子体传播。这些势垒的有效宽度（~10-20 nm）取决于电子屏蔽，并且其在石墨烯的费米波长的量级上。这些结果揭示了一种微观机制，该机制是CVD生长的石墨烯中观察到的低电子迁移率的原因，并表明在未来基于石墨烯的等离子体电路中使用电子势垒来实现可调谐等离子体反射器和相位延迟器的可能性。
2013-11-26 cond-mat.mes-hall
All-plasmonic switching effect in the graphene nanostructures containing quantum emitters
含有低维量子发射体的透视2D材料中的非线性等离子体效应可以是用于制造快速全等离子体触发器、晶体管和传感器的新型技术平台的基础。本文考虑了量子纳米线（NW）放置在纳米结构石墨烯片附近的系统中实现强等离子激元-激子耦合的条件。在强耦合条件下，研究了两个表面等离子体激元-极化激元（SPP）模在石墨烯波导中的非线性相互作用.利用二维全波电磁场模拟，研究了强泵浦SPP和弱信号SPP分别调谐到NW带间和带内跃迁时，NW短截线的不同透射率区域。我们发现这样一个制度的NW-SPP相互作用，对应于相消干涉的信号SPP通过短截线的透射率小于7%的情况下，泵浦SPP被关闭。相反，打开泵浦SPP导致过渡到短截线中的相长干涉，并且信号SPP透射率增强到93%。在我们的模型中，等离子体激元开关的效果发生与50 GHz的速率在波长8 μ m的信号SPP本地化内20 nm的石墨烯短柱装载核壳InAs/ZnS NW。
2023-01-31 cond-mat.mes-hall
Fizeau Drag in Graphene Plasmonics
光被移动的物体拖曳的现象由菲涅耳预言，并由斐索著名的流水实验证实。这一重大发现是爱因斯坦狭义相对论的实验基石之一，在相对论运动学的背景下得到了很好的理解。相比之下，固体中电子流拖动光子的实验充满了不一致性，迄今为止还没有与理论达成一致。在这里，我们报告的电子流拖动表面等离子体激元（SPPs）：混合准粒子的红外光子和电子在石墨烯。在高密度电流的存在下，通过传播等离子体波的红外纳米成像直接可视化阻力。石墨烯中的极化激元在发射到漂移载流子上时缩短了它们的波长。与光的斐索效应不同，电流对SPP的拖曳违反了简单的运动学解释，并与石墨烯中狄拉克电子的非线性电动力学有关。所观察到的等离子体Fizeau阻力能够在红外频率下打破时间反演对称性和互易性，而无需求助于磁场或手性光泵浦。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall
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
Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump-Probe Nanoscopy
抽运-探测光谱是探索基本激发、集体模式和能量转移过程的超快动力学的核心。通常使用传统的衍射限制光学进行，泵浦-探测实验固有地对局部化学、成分和电子不均匀性进行平均。在这里，我们规避这一缺陷，并介绍泵浦探测红外光谱与~20 nm的空间分辨率，远低于衍射极限，这是使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）完成。这种技术使我们能够在技术上显著的中红外（MIR）频率下研究SiO2上的剥离石墨烯单层，其中局部光学电导率通过经由s-SNOM尖端的表面等离子体激元的激发而变得实验上可访问。在近红外（NIR）频率下的光泵浦促使200飞秒（fs）时间尺度上的等离子体行为发生明显变化。泵诱导的，增强的等离子体响应的起源被确定为有效电子温度增加到几千开尔文，直接从与等离子体共振相关的Drude重量推导。
2014-02-24 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
Plasmonic drag photocurrent in graphene at extreme nonlocality
通常认为，在具有中心对称晶格的二维系统中，光电流产生于结构不均匀处，例如pn结。在这里，我们研究了与驱动电磁场的不均匀性相关的光电流产生的替代机制，称为“等离子体阻力”。它与从场到传导电子的直接动量转移相关联，并且可以由非局部非线性电导率$σ^{(2)}({\bf q},ω)$表征。通过建立一个充分考虑非局域性的非线性电导率的经典动力学模型，证明了当波相速度与电子费米速度一致时，非局域性电导率会共振增强。这种增强被解释为电子和波之间的相位锁定。我们讨论了一个可能的实验，其中非均匀场是由传播的石墨烯等离子体产生的，并找到了电流响应度与等离子体速度的上限。当波速接近费米速度时，该极限由共振生长的$σ^{(2)}({\bf q},ω)$和发散的电子动能之间的竞争设定。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall
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
Resonant plasmonic terahertz detection in gated graphene p-i-n field-effect structures enabled by the Zener-Klein tunneling nonlinearity
提出并分析了基于栅控石墨烯p-i-n（GPIN）场效应晶体管（FET）结构的太赫兹（THz）探测器。栅极之间的反向偏置i区起到电子和空穴注入器的作用，由于Zener-Klein隧穿而表现出非线性$I-V$特性。该区域能够实现THz信号整流，这提供了它们的检测。门控区作为电子和空穴库和太赫兹共振等离子体腔。电子和空穴等离子体激元振荡的共振激发导致在接近等离子体频率及其谐波的信号频率处THz检测器响应度的大幅增加。由于与渡越时间效应相关联的i区AC电导频率依赖性的特性，对应于较高等离子体激元模式的激发的频率处的GPIN-FET响应可以比基模更强。GPIN-FET在室温下可以表现出相当高的响应度。降低后者可以导致其进一步增强由于削弱的载流子动量弛豫。
2022-09-11 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
Resonant plasmonic terahertz detection in vertical graphene-base hot-electron transistors
我们分析了垂直石墨烯基热电子晶体管（GB-HHT）的动态特性，并考虑使用开发的器件模型作为太赫兹（THz）辐射的探测器。GB-HET模型考虑了从发射极的隧穿电子注入、穿过势垒层的电子传播以及部分捕获到GB中、GB中的电势和空穴密度的自洽振荡（等离子体振荡）、以及量子电容和电子渡越时间效应。使用所提出的器件模型，我们计算的响应度的GB-Hysteresis操作太赫兹探测器作为信号频率的函数，施加的偏置电压，和结构参数。等离子体激元效应的包含导致HET-GBT在显著超过由特征RC时间限制的频率下操作的可能性。据发现，具有足够完美的GB的GB-Hulf的响应度在与等离子体振荡的激发相关联的太赫兹频率范围内表现出尖锐的共振最大值。这些最大值的位置由所施加的偏置电压控制。GB-Hulf可以与其他等离子体太赫兹探测器竞争，甚至超过其他探测器。
2015-09-11 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic terahertz detection in graphene split-gate field-effect transistors with lateral p-n junctions
我们评估了基于场效应晶体管（FET）的谐振太赫兹（THz）探测器，所述场效应晶体管（FET）具有分裂栅极、电诱导横向pn结、均匀石墨烯层（GL）或穿孔（在pn结耗尽区）石墨烯层（PGL）沟道。穿孔耗尽区形成纳米结构或纳米带的阵列，从而为空穴和电子创建势垒。GL-FET和PGL-FET检测器的操作与通过沟道的p和n部分中的束缚等离子体激元振荡的激发而增强的横向pn结两端的ac电流的整流相关联。使用开发的器件模型，我们发现GL-FET和PGL-FET探测器的特性。这些探测器可以在接近等离子体共振频率的THz辐射频率处表现出非常高的电压响应度。这些频率可以有效地进行电压调谐。我们表明，在PL-FET探测器的电流整流的主导机制是由于隧穿非线性，而在PGL-FET探测器的电流整流主要是与电子过程。由于PGL-FET检测器中的pn结电导低得多，它们的谐振响应可以比对应于相当高的检测器响应度的GL-FET检测器中显著得多。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall
Tunable Large Resonant Absorption in a Mid-IR Graphene Salisbury Screen
增强石墨烯与光之间的相互作用强度是那些寻求使石墨烯成为未来光电应用的相关材料的人的重要目标。石墨烯中的等离子体模式提供了将光能引导到石墨烯片中的附加路径，同时显示出非常小的光学限制因子，这使得它们成为将光耦合到原子或分子发射器的有趣手段。在这里，我们表明，石墨烯等离子体纳米谐振器可以放置在反射表面的四分之一波长处，并通过电子调谐来模拟具有与自由空间（Z 0 = 377Ω）紧密匹配的阻抗的表面。这种几何形状-在早期雷达应用中称为索尔兹伯里屏幕-允许石墨烯中的光学吸收增加一个数量级（从2.3%到24.5%），并提供了耦合到高度受限的石墨烯等离子体模式的有效手段。
2013-12-23 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
Effect of electron thermal conductivity on resonant plasmonic detection in the metal/black-AsP/graphene FET terahertz hot-electron bolometers
研究太赫兹辐射下石墨烯沟道场效应晶体管中二维电子气加热，发现横向热导率显著影响谐振等离激元探测响应度，需在优化探测器时考虑。
2023-03-15 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
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
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
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
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
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
Infrared Topological Plasmons in Graphene
我们提出了一个二维等离子体平台-周期性图案化的单层石墨烯-它拥有可操作到红外频率的拓扑单向边缘状态。我们分类下的时间反演对称性破缺的静态磁场诱导的等离子体系统的能带拓扑结构。在有限的掺杂，该系统支持拓扑非平凡的带隙与中间的间隙频率高达数十太赫兹。通过体积边缘对应，这些带隙主机拓扑保护的单向边缘等离子体激元，这是免疫的背散射从结构缺陷和只受本征材料和辐射损失。我们的研究结果揭示了一个有前途的方法，工程拓扑鲁棒的手性等离子体器件，并展示了一个现实的例子，高频拓扑边缘状态。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall
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
