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
Intrinsic Terahertz Plasmons and Magnetoplasmons in Large Scale Monolayer Graphene
我们发现，在SiC上外延生长的石墨烯中，由于自然的纳米级不均匀性，如衬底梯田和皱纹，Drude吸收被转化为强的太赫兹等离子体峰。等离子体激元的激发极大地改变了磁光响应，特别是法拉第旋转。这使得石墨烯成为等离子体控制磁光现象的独特场所，这要归功于回旋质量比传统等离子体材料（如贵金属）小2个数量级。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Detection of deep-subwavelength dielectric layers at terahertz frequencies using semiconductor plasmonic resonators
由掺杂硅制成的等离子体领结天线可以在太赫兹（THz）频率下作为等离子体谐振器工作，并在其间隙附近提供大的场增强。我们从实验和理论上证明了接近天线表面的场限制使得能够检测比自由空间波长薄约3750倍的纳米（100 nm）无机膜。基于模型计算，我们得出结论，探测灵敏度及其随沉积层厚度的变化与天线周围的局部太赫兹场分布的衰减和蝴蝶结天线的间隙中的局部场增强有关。这种大的场增强具有提高基于等离子体激元的生物和化学传感器的检测限的潜力。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gate-Voltage Tunability of Plasmons in Single and Multi-layer Graphene Structures: Analytical Description and Concepts for Terahertz Devices
石墨烯在宽频率范围内的强光-物质相互作用开辟了石墨烯的大量光子学应用。本文的目标是提出的等离子体激元的电压可调性在门控单层和多层石墨烯结构。提出了等离子体互连和天线的器件概念及其用于太赫兹通信的性能。第一次，栅电压和栅电介质的厚度对石墨烯中等离子体激元传播特性的作用通过考虑界面陷阱电容和量子电容来量化。栅极电压作为一个强大的旋钮来调整载流子浓度，并允许构建电气可重构的太赫兹器件。通过优化栅极电压，以最大限度地提高等离子体激元的传播长度在一个门控的多层石墨烯几何形状，我们得出简单的缩放趋势，给直观的洞察设备建模和设计。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulation of a surface plasmon-polariton resonance by sub-terahertz diffracted coherent phonons
相干亚太赫兹声子入射到沉积在电介质衬底上的金光栅上经历衍射，从而引起表面等离子体激元-极化激元共振的改变。这导致在等离子体激元-极化激元共振附近的可见光的结构的反射率的有效高频调制（高达110 GHz）。通过设计提供等离子体极化激元和声子共振的周期性纳米结构来实现高调制效率。我们的理论分析表明，等离子体激元极化激元共振的动态变化是由光栅内的高阶声子共振频率的狭缝宽度的调制。
2012-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domino plasmons for subwavelength terahertz circuitry
提出了一种新的太赫兹电磁场时空调制方法。波导元件基于等离子体和超材料概念，并且由从金属表面突出的金属盒形元件的易于制造的周期性链组成。结果表明，相应的电磁模式的色散关系是相当不敏感的波导宽度，保持紧密的限制和合理的吸收损耗，即使当波导的横向尺寸是在亚波长制度。这一特性使关键器件（如锥形和功率分配器）的实现变得简单。此外，定向耦合器，波导弯曲，和环形谐振器的特点，展示了所提出的概念的灵活性和太赫兹应用的前景，需要高集成度。
2009-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Active spatial control of terahertz graphene plasmons by tailoring carrier density profile
石墨烯提供了一种可能性，主动控制等离子体激元的限制和传播，通过定制其空间电导率模式。然而，这一概念的实现受到阻碍，因为不均匀的电介质环境很容易引起不可控的等离子体反射。在这项工作中，我们展示了完全电气控制的等离子体反射/传输在电子边界诱导的氧化锌为基础的双栅极，这是为了尽量减少介电调制。利用傅里叶变换红外光谱，我们表明，等离子体反射可以连续变化的相邻区域之间的载流子密度差。通过利用这个功能，我们展示了控制等离子体腔的大小、位置和频率的能力。我们的方法可以应用于各种类型的等离子体器件，为实现可编程等离子体电路铺平了道路。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Terahertz surface plasmons in optically pumped graphene structures
我们分析了光泵单石墨烯层（SGL）和多石墨烯层（MGL）结构中的表面等离子体激元（SP）。结果表明，在足够强的光泵浦时，SGL和MGL结构的动态电导率的实部在太赫兹（THz）频率范围内由于带间粒子数反转而变为负值，THz SPs的阻尼可以让位于它们的放大。这种效应可用于石墨烯基THz激光器和其他器件。由于相对小的SP群速度，它们的吸收系数（SP增益）的绝对值可以很大，基本上超过具有介电波导的光泵浦结构的吸收系数。对SGL和MGL结构的比较表明，要使SP增益最大化，应适当选择GL层数。
2010-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz detection in a slit-grating-gate field-effect-transistor structure
我们制作了一种栅栅指间狭缝窄的InGaAs/GaAs场效应晶体管结构。在亚太赫兹频率范围内测量了这种结构的共振光电导响应。光响应峰的频率对应于结构通道中的等离子体共振的激发。所获得的响应度超过了先前报道的类似的等离子体太赫兹探测器的响应度两个数量级，这是由于狭缝光栅栅场效应晶体管结构中的入射太赫兹辐射和等离子体振荡之间的耦合增强。
2011-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz lasing conditions of radiative and nonradiative propagating plasmon modes in graphene-coated cylinders
人们对填补小型化太赫兹/中红外辐射源的空白越来越感兴趣，特别是将这些源并入微/纳米光子电路中。利用严格的电磁场方法，研究了表面等离子体激元辐射和非辐射模式的激射条件和电调谐特性。不同的表面等离子体激元模式的激射条件的详细分析表明，有一个突变时，模式成为非辐射所需的增益。虽然辐射模式，受到辐射和欧姆损失，预计需要更多的增益补偿比非辐射模式，我们发现，违反直觉，增益补偿是更大的非辐射模式。这是解释在场的分布发生变化时，从等离子体激元到光子的模式开关的字符。最后，我们评估了我们的建议的可行性，通过使用一个现实主义的增益介质，并显示一个相对较低的粒子数反转所需的受激发射的研究系统。
2022-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Tunable Terahertz Detector Based On Self Assembled Plasmonic Structure on a GaAs 2DEG
等离子体探测器有可能提供一种快速光谱学方法，而不需要移动反射镜或光栅。先前的测量已经证明了基于等离子体激元激发的频率可调谐检测，然而这些装置要么是小面积的、偏振依赖的和/或需要电子束光刻。我们表明，大面积高灵敏度太赫兹等离子体探测可以实现使用自组装纳米球光刻。我们实现了覆盖4 mm^2探测器面积的亚微米特征尺寸网格。在等离子体共振的基波，第三和第五谐波的吸收进行了观察。在80 K下的测量显示出25%的大的透射率变化。我们还证实了磁等离子体激元分散这个设备。在本文中，我们将讨论辐射阻尼效应的频率依赖性，影响增强吸收的高次谐波模式相对于基波。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On-chip transfer of ultrashort graphene plasmon wavepackets using terahertz electronics
本文提出通过欧姆接触注入电脉冲在片上电学产生、操控和读出太赫兹石墨烯等离激元波包，实现1.2 ps脉宽、极端三维空间束缚及约30%转换效率，为范德瓦尔斯异质结构中的片上等离激元信号处理提供新平台。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmonic terahertz detectors based on a high-electron mobility GaAs/AlGaAs heterostructure
为了表征磁场（B）可调谐THz等离子体探测器，在液氦温度和高磁场下对在高电子迁移率GaAs/AlGaAs异质结构上制造的器件进行光谱实验。样品是门控的（曲折形状的门）或非门控的。通过太赫兹辐射产生的光电压的光谱作为在固定的太赫兹激发从太赫兹激光器的B的函数或作为在固定的B与傅立叶光谱仪的太赫兹光子频率的函数而获得。在第一类测量中，激发的磁等离子体激元的波矢由样品的几何特征定义。还发现磁等离子体激元谱依赖于门的几何形状，这给出了一个额外的参数来控制太赫兹探测器中的等离子体激发。傅立叶光谱显示出强烈的依赖性的回旋共振振幅上的传导带的电子填充因子内的电子气加热与太赫兹辐射的模型解释。这项研究允许定义的优点和限制的等离子体激元器件的基础上，高迁移率的GaAs/AlGaAs异质结构的太赫兹探测在低温和高磁场。
2014-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal plasmonic response of drift-biased two-dimensional metals
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（南丹麦大学丹麦高等研究院）
该研究针对两类二维电子气建立非局部电动力学框架，发现相同漂移参数下抛物线型2DEG非互易性更强，其为可调谐非互易等离激元学提供了有前景平台。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient terahertz emission from InAs nanowires
我们观察到强烈的脉冲的远红外电磁辐射发出的阵列的InAs纳米线。这些结构的THz辐射功率效率比平面InAs衬底高约15倍。这是解释的优先取向的相干等离子体运动的导线表面，克服了辐射捕获的全内反射。我们提出的证据表明，这种辐射源于低能量的声学表面等离子体模式的纳米线。这是支持独立测量的电子输运个别纳米线，超快太赫兹光谱和理论分析。我们的综合实验和分析进一步表明，这些等离子体激元模式是特定的高纵横比的几何形状。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging propagating terahertz collective modes in two-dimensional semiconductor double layers
Cornell University（康奈尔大学）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构动力学研究所）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；National Institute for Material Science（国立材料研究所）
本研究提出了一种光学读出方法，用于实时成像二维半导体双层中传播的太赫兹集体模式，并揭示了太赫兹场诱导的相干回旋振荡现象。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Terahertz Photoresponse via Acoustic Plasmon Cavity Resonances in Scalable Graphene
Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）
研究通过石墨烯中的声子等离子体腔共振增强太赫兹光电响应，利用天线耦合装置实现对太赫兹场的精确控制和纳米级限制，展示出高效的光电热电信号。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Antiferromagnetism-altered plasmon dynamics
Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究构建二维材料基混合等离激元-磁振子平台，借助s-SNOM观测到等离激元与反铁磁有序的耦合，为相关器件开发奠定基础。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Resonant plasmonic detection of terahertz radiation in field-effect transistors with the graphene channel and the black-As$_x$P$_{1-x}$ gate layer
提出基于石墨烯沟道和黑砷磷门层的场效应晶体管太赫兹探测器，利用等离激元共振增强载流子加热，实现室温下响应度超10^3 A/W、调制频率达数GHz。
2023-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
