Conventional and Acoustic Surface Plasmons on Noble Metal Surfaces: A Time-dependent Density Functional Theory Study
采用第一性原理计算方法研究了Cu、Ag和Au（111）表面的常规表面等离子体和声学表面等离子体。通过比较局域密度近似和轨道相关交换相关（xc）势的结果（该势改善了$d$带的位置和宽度），研究了$s-d$带间跃迁对两种类型等离子体激元的影响。用后者xc势计算的等离子体色散与电子能量损失谱（EELS）实验吻合得很好。对于CSP和ASP，对于等离子体激元能量，发现Cu $<$ Au $<$ Ag的相同趋势，并且归因于从Cu到Au和Ag的带间跃迁的减少的屏蔽。然而，ASP的这种趋势与先前的模型预测相矛盾。虽然ASP在EELS中被视为弱特征，但它可以在静态和动态介电能带结构中被清楚地识别。
2012-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous 3D Construction and Imaging of Plant Cells Using Plasmonic Nanoprobe Assisted Multimodal Nonlinear Optical Microscopy
针对植物细胞无信号靶标成像需外源探针的问题，提出等离子体纳米探针辅助多模态NLO显微方法，利用飞秒激光原位还原贵金属离子形成锚定细胞壁的纳米探针，实现马铃薯细胞活体一步法同步三维标记与成像，更快速经济。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hot carrier dynamics in plasmonic transition metal nitrides
金属纳米结构中等离子体衰变产生的非平衡热载流子的提取是利用等离子体损耗的越来越令人兴奋的前景，但对具有长寿命载流子的最佳等离子体材料的研究正在进行中。过渡金属氮化物是一类令人兴奋的新型等离子体材料，与传统的贵金属相比具有优异的热性能和机械性能，但它们对等离子体热载流子应用的适用性仍然未知。在这里，我们提出了完全第一性原理计算的等离子体激元响应，热载流子的产生和随后的热化的所有IV，V和VI族过渡金属氮化物，充分占直接和声子辅助的过渡，以及电子-电子和电子-声子散射。我们发现在ZrN，HfN和WN中等离子体激元响应的最大频率范围，介于金和银之间，而我们预测VN，NbN和TaN在可见光谱中的最强吸收。热载流子的产生主要由直接跃迁的相关能量范围内的大部分在所有这些氮化物，而声子辅助的过程占主导地位，主要是为IV族氮化物的等离子体激元能量仅低于1 eV。最后，我们预测的最大热载流子寿命约为10 fs的IV和VI族氮化物，一个因素的3 - 4小于贵金属，由于强烈的电子-声子散射。然而，我们发现V族氮化物的载流子寿命更长，与银的NbN和TaN相当，而VN超过100 fs（银的两倍），使它们成为有效的热载流子提取的有希望的候选人。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Plasmon-induced hot carriers from interband and intraband transitions in large noble metal nanoparticles
由金属纳米结构中的局域表面等离子体激元衰变产生的热电子具有改变微电子、光电探测和其他光电应用的潜力。然而，在现实的纳米结构，特别是带间和带内跃迁的相对重要性的热载流子产生的理解，仍然是不完整的。在这里，我们报告的理论预测的热载流子产生率的球形纳米粒子的贵金属银，金和铜的直径可达30纳米从一种新的原子线性标度的方法。随着纳米颗粒尺寸的增加，相对于表面使能的sp带到sp带跃迁，从d带到sp带的带间跃迁的相对重要性增加。我们发现，热空穴产生率的特点是由一个峰值在d带的开始，而相应的峰值的位置在热电子分布可以通过照明频率进行控制。相反，带内跃迁产生热电子，但相对冷的空穴。重要的是，增加环境的介电常数去除了从带间跃迁产生的热载流子，同时增加了从带内跃迁产生的热载流子的数量。从我们的工作中获得的见解使纳米粒子的设计能够通过其材料成分，尺寸和介电环境来实现特定的热载体应用。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent optical properties of plasmonic titanium nitride thin films
由于其特殊的等离子体性质，贵金属如金和银一直是用于演示各种等离子体和纳米光子现象的首选材料。然而，贵金属的柔软性、缺乏可定制性和低熔点以及薄膜制造和器件集成的挑战阻碍了现实生活中等离子体器件的实现。近年来，氮化钛（TiN）已经成为具有良好金属和耐火（高温稳定）性质的有前途的等离子体材料。TiN的耐火性质可以使实用的等离子体激元装置在高温下操作，用于能量转换和恶劣环境工业，如天然气和石油。在这里，我们报告的温度依赖于不同厚度的TiN薄膜的介电函数的技术相关的可见光和近红外波长范围从330 nm到2000 nm的温度高达900 ℃，使用原位高温椭圆偏振。我们的研究结果表明，TiN在高温下的复杂的介电函数偏离在室温下的光学参数，表明在介电常数的实部和虚部的等离子体性质的退化。然而，相当引人注目的是，TiN的光学性质的相对变化与其贵金属对应物相比显著较小。使用模拟，我们表明，将温度引起的偏差的数值模型导致显着差异的高温纳米光子系统的光学响应。这些研究是精确建模高温TiN基光学元件和纳米光子系统的关键，用于能量转换，恶劣环境传感器和热辅助应用。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Surface plasmon polariton assisted optical switching in noble bimetallic nanoparticle system
报道了在808 nm激发下，金-银纳米颗粒嵌入钠玻璃（Au-Ag@SG）衬底的表面等离子体辅助光开关的光响应. Au-Ag@SG系统是通过离子束技术制备的，其中Ag^+首先通过离子交换技术引入到钠玻璃基体中。随后，将400 keV的Au^+以不同的注量注入样品中，然后使用1 MeV的Si^+以2 E16的固定注量进行离子束退火处理ions.cm ^{-2}。在400和550 nm附近的特征表面等离子体共振（SPR）峰提供了Au和Ag纳米颗粒存在的证据。在Au-Ag@SG系统中，808 nm处的光开关远离Ag和Au纳米颗粒的特征SPR峰，这表明TPA可能由于这些系统中相互作用的电偶极子的存在而起作用。强调了表面等离子体激元对Au-Ag体系中导电电子载流子的传播在理解所观察到的光响应中的作用。独特的激发依赖的光响应测量确认TPA过程的可能作用。一个竞争性的带间和带内跃迁的Au和Ag的双金属系统可能是主要负责的观察，这是验证定性使用有限差分时域计算，其中Au和Ag的粒子间分离起着重要的作用。因此，在贵金属纳米团簇系统中可以设想一种智能的光学开关方式，其中具有更高趋肤深度的长波长可以用于通信目的。
2015-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic properties of refractory titanium nitride
等离子体和超材料器件的发展需要研究高性能材料，以替代标准贵金属。氮化钛作为一种耐高温的稳定化合物，最近被认为是一种有效的等离子体材料。在这里，通过使用第一性原理的方法，我们研究了TiN体的等离子体色散关系，我们预测的影响，其光电性能的压力。我们的研究结果解释了TiN在可见光范围内的主要特征，并证明了一个普遍的标度律，它与其作为压力的函数的机械和等离子体性质。最后，我们解决的形成和稳定性的表面等离激元在不同的TiN/电介质界面最近的实验提出。等离子体激元和耐火特性的不寻常组合为实现能够在通常贵金属不可持续的条件下工作的等离子体激元设备铺平了道路。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Optical response of noble metal nanostructures: Quantum surface effects in crystallographic facets
贵金属纳米结构是纳米光学中普遍存在的元素，支持等离子体激元模式，其可以将光聚焦到与下面的电子气中的量子限制和空间色散相关联的非局部效应相称的长度尺度。非局部效应对于结晶贵金属自然更突出，其潜在地提供比其非晶对应物更低的固有损耗，并且具有特定的晶体小面，从而产生不同的电子表面状态。在这里，我们采用量子力学模型来描述非经典效应影响的晶体贵金属薄膜的光学响应，并证明这些可以很好地捕获使用一组表面响应函数称为Feibelman $d$参数。特别是，我们表征的$d$ -参数与（111）和（100）晶面的金，银，铜，强调的重要性，表面效应所产生的电子波函数溢出和表面投影带隙出现从原子层反射。然后，我们表明，提取的$d$参数可以直接应用于描述各种感兴趣的纳米级金属形态的光学响应，包括金属超薄膜，石墨烯-金属异质结构托管极其有限的声学石墨烯等离子体，和晶体学多面金属纳米粒子支持本地化的表面等离子体。这里报告的列表$d$ -参数可以规避计算昂贵的第一原理原子模拟来描述微观非局部效应的介观晶体金属表面的光学响应，这是越来越多的控制形态下降到原子长度尺度的最先进的纳米光学实验中变得广泛可用。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Microscopic theory of surface-enhanced Raman scattering in noble-metal nanoparticles
提出了一个吸附在小的贵金属纳米颗粒上的分子的表面增强拉曼散射（SERS）的微观模型。在金属中分子轨道和电子态没有直接重叠的情况下，主要的增强源是作用于表面附近的分子的纳米颗粒中的表面等离子体共振的强电场。在小粒子中，电磁增强被量子尺寸效应强烈修改。我们发现，在纳米尺寸的颗粒，SERS幅度是由几个量子尺寸效应之间的竞争，如朗道阻尼的表面等离子体共振和减少筛选附近的纳米粒子表面。利用含时局域密度近似，我们计算了不同尺寸纳米粒子表面附近局域场的空间分布和增强因子。
2006-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-demand Plasmon Nanoparticle-Embedded Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSSs) on Silicon for Optical Nanosensing
超短激光脉冲允许将电磁能量传递到物质，引起其局部加热，其可用于通过烧蚀/蒸发去除材料和驱动界面化学反应。在这里，我们表明，这两个提到的过程可以同时结合在功能化溶液中的Si晶片的直接激光纳米纹理，以产生实际相关的金属-半导体表面纳米形态。这种独特的混合形态代表了具有低至70 nm的极短周期的深亚波长Si LIPSS，其高纵横比纳米颗粒负载有可控量的等离子体纳米颗粒，所述等离子体纳米颗粒由前体贵金属盐的$via$激光诱导分解形成。此外，利用热局部化驱动还原过程来产生局部装饰有不同的等离子体活性纳米颗粒的表面形貌。装载有可控量的贵金属纳米颗粒的光吸收深亚波长Si LIPSS代表了用于等离子体相关应用（例如光学纳米传感）的有吸引力的结构，其中传播光波与高度局部化的电磁"热点“的有效耦合是强制性要求。为了支持这一说法，我们证明了这种混合形态的适用性，基于荧光的检测纳摩尔浓度的汞阳离子在溶液中。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmonic Doped Semiconductor Nanocrystals: Properties, Fabrication, Applications and Perspectives
简并杂质半导体纳米晶体由于其在近红外波段的可调谐局域表面等离子体共振（LSPR）而受到人们的关注。在载流子密度为1021 cm^-3的材料中，高掺杂水平会导致掺杂水平的简并和近红外光谱中强烈的等离子体吸收。与贵金属相比，简并杂质半导体NC中较低的载流子密度使得能够在宽光谱范围内进行LSPR调谐，因为即使载流子密度的微小变化也会强烈影响LSPR的光谱位置。我们专注于铜硫族化物NC和杂质掺杂的金属氧化物NC作为贵金属的最研究的替代品。我们揭示了在空位掺杂铜硫属化物NCs中LSPR调谐的结构变化，并提供了杂质掺杂金属氧化物NCs的LSPR改性的根本不同机制的图片。本文综述了等离子体简并掺杂纳米粒子的光学特性，着重介绍了各种光学测量方法和光学模拟方法。这些发现合并在一个详尽的部分，新的和令人兴奋的应用程序的基础上的特殊特性，等离子体半导体NC带来的。
2017-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Optical switching in graded plasmonic waveguides
提出了一种新的机制，通过耦合等离子体激元模式的纵向限制光能嵌入在一个梯度介质中的贵金属纳米颗粒链，这是类似于半导体量子阱中的电子的限制。在这些系统中，可以通过改变主介质的梯度折射率或纳米颗粒之间的间隔来控制光能的传输，以实现电子晶体管的光子模拟。可能的通带可调谐纳米粒子间距和调制的折射率在主介质中已明确提出，并有利地与数值计算相比。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Exotic plasmon modes of double layer graphene
我们推导了掺杂双层石墨烯（DLG）中的等离子体激元色散，DLG由两个平行的石墨烯单层制成，其载流子密度分别为$n_1$和$n_2$，并且层间分离为$d$。石墨烯的线性手性无隙单粒子能量色散导致具有几个意想不到的实验观察到的特征的奇异DLG等离子体特性，例如未掺杂（$n_2=0$）层对DLG等离子体色散的非平凡影响和第二层的奇怪影响，即使在弱耦合$d\to 0$极限中。我们预测的奇异DLG等离子体激元性质清楚地将石墨烯与广泛研究的通常抛物型2D电子系统区分开来。
2009-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-Spillover-Enhanced Surface-Plasmonic Absorption at the Interface of Silver and High-Index Dielectrics
我们证明了一个意想不到的强大的表面等离子体吸收的界面处的银和高指数的电子和光子光谱的基础上。测量的吸收带宽和强度与经典理论有很大的偏差。我们的密度泛函计算很好地预测了这种现象的发生。结果表明，由于在这样的界面处的低金属-介电功函数，传导电子可以显示出剧烈的量子溢出，导致界面电子-空穴对的产生主导表面等离子体的衰减。这一发现对于理解和设计利用贵金属和高折射率金属的量子纳米等离子体器件具有根本的重要性。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ab initio phonon coupling and optical response of hot electrons in plasmonic metals
超快激光测量探测金属中激发电子的非平衡动力学，具有越来越高的时间分辨率。电子结构计算可以提供一个详细的微观热电子动力学的理解，但泵探测测量的参数自由的描述还没有可能，尽管深入的研究，因为电子-声子相互作用的唯象处理。我们提出了从头计算预测的电子温度依赖的热容量和电子-声子耦合系数的等离子体金属。我们发现从自由电子和半经验的估计，特别是在贵金属以上的瞬态电子温度为2000 K，因为以前被忽视的电子-声子矩阵元素对电子能量的强依赖性的实质性差异。我们还提出了第一性原理计算的电子温度依赖的介电响应的热电子在等离子体金属，包括直接带间和声子辅助带内跃迁，促进完整的理论预测的时间分辨的光学探针签名在超快激光实验。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Fermi surface anisotropy in plasmonic metals increases the potential for efficient hot carrier extraction
实现用于能量转换和光电探测的等离子体热载流子收集的潜力需要新材料，其解决了在金属内的能量弛豫之前提取载流子的瓶颈。利用光学响应和载流子输运性质的第一性原理计算，我们表明，费米速度主要限制在一个或两个方向的定向导体的有效的热载流子收获提出了显着的优势。我们表明，薄膜状导体，PtCoO $_2$和Cr $_2$ AlC的光学响应，类似于二维金属，而线状导体，CoSn和YCo $_3$ B $_2$，类似于一维金属，这可以导致高模式限制和有效的光收集在小尺寸，同时仍然与三维材料具有高载流子密度。在这些材料中，特别是在PtCoO $_2$和CoSn中，载流子寿命和传输距离与贵金属竞争。最重要的是，我们预测，由于平行于金属表面的载流子速度的小分量，从所有这些材料到半导体的载流子注入效率可以超过10%，大大提高了从贵金属到半导体的典型的小于0.1%的注入效率。
2022-12-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Single-atom dopants in plasmonic nanocatalysts
结合等离子体和催化金属的双金属纳米结构是有前途的定制和增强等离子体热载流子产生利用等离子体催化。本文采用第一性原理含时密度泛函理论研究了贵金属纳米颗粒（Ag，Au，Cu，Pd，Pt）中单原子掺杂（Ag，Au，Cu）的等离子体激元热载流子产生。我们的研究结果表明，在掺杂剂原子的局部热载流子产生显着改变的掺杂剂元素，而作为一个整体的纳米粒子的等离子体响应没有显着的影响。特别地，掺杂剂原子处的热空穴源自掺杂剂的离散d电子态。这些d电子态的能量，以及因此热空穴的能量，取决于掺杂剂元素，这开辟了用合适的掺杂剂调节热载流子产生的可能性。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nonlocal effects in atom-plasmon interactions
本研究针对贵金属纳米结构几纳米尺度下的非局域量子效应，基于Feibelman d参数表征的表面响应函数，揭示了其对量子发射体Purcell增强、兰姆位移等的调控规律，为d参数的实验测定提供了途径。
2023-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multiscale Design of Au-Based Alloys for Improved Plasmon Delivery and Nanoheating in Near-Field Transducers
该研究提出结合量子多体微扰理论与有限元建模的多尺度方法，预测Au基贵金属合金在近场换能器中的电热性能，发现低浓度Pd合金化可保持Au的等离子体性能并提升热机械稳定性。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmonic resonances in nanostructured transparent conducting oxide films
透明导电氧化物（TCO）正在成为替代贵金属（诸如银和金）的可能的替代组成材料，用于近红外（NIR）区域中的低损耗等离子体激元和超材料（TEM）应用。已经研究了TCO的光学特性，以评估这些材料作为等离子体和MM设备中的金属替代品的功能和潜力，即使除了它们通常用作电极材料之外。然而，在纳米尺度上图案化TCO，这是等离子体和MM设备所必需的，没有得到很好的研究。本文研究了TCO的纳米图案化工艺，特别是电子束光刻的剥离技术，以及利用TCO实现等离子体纳米结构。通过采用开发的纳米图案化工艺，我们制作了TCO纳米盘的二维周期性阵列，并表征了材料的等离子体特性，以评估TCO作为金属替代品的性能。在1.6 ~ 2.1 μ m波长范围内观察到了体等离子体中自由电子的光致集体振荡和局部表面等离子体共振。观察到定义明确的共振峰，这可以通过改变掺杂剂的量和通过在氮气环境中热退火TCO纳米盘同时保持低损耗特性来显著地调谐。
2012-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multimodal Plasmonics in Fused Colloidal Networks
将贵金属的光学特性利用到纳米尺度是实现快速和低耗散信息处理的关键一步。在10 nm的长度尺度下，金属结晶度和图案化以及表面等离子体（SP）特性的探测必须以具有挑战性的高精度水平进行控制。在这里，我们表明，最终的横向限制和离域SP模式同时实现在扩展的自组装网络，包括线性链的部分熔融的金纳米粒子。与胶体超结构的SP模式的光谱和空间分布证明了通过执行单色电子能量损失谱与纳米尺寸的电子探针。我们通过电子束诱导纳米粒子网络的粒子间融合来制备金属珠串。融合的超结构保持原生形态和结晶度，但发展非常低的能量SP模式，能够支持长距离和光谱可调的纳米级波导中的传播。
2014-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exceptionally high Verdet constant in gold nanodisc arrays
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；University of Münster（明斯特大学）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）；CSIR-National Physical Laboratory（印度科学工业研究理事会国家物理实验室）
金纳米盘阵列通过等离子体共振实现极高的Verdet常数，为磁光效应在光电子器件中的应用提供了新途径。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid- and far-infrared localized surface plasmon resonances in chalcogen-hyperdoped silicon
红外区域中的等离子体传感采用分子的振动指纹与等离子体共振的直接相互作用，从而创建优于传统光谱学的表面增强传感平台。然而，用于等离子体共振的标准贵金属遭受高辐射损耗以及制造挑战，例如将光谱共振位置调谐到中红外到远红外区域，以及与现有互补金属氧化物半导体（CMOS）制造平台的兼容性问题。在这里，我们证明了中红外局域表面等离子体共振（LSPR）的发生在薄的Si薄膜超掺杂与已知的深层次杂质碲。我们表明，中红外LSPR可以进一步增强和光谱扩展到远红外范围内，通过制造二维阵列的微米尺寸的天线在Te-超掺杂硅芯片。由于Te-超掺杂Si也可以用作红外光电探测器，我们相信我们的研究结果将开启等离子体传感器与单芯片CMOS平台直接集成的路线，大大提高了大规模制造高性能等离子体传感系统的可能性。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Finite-Size Effects in Surface-Enhanced Raman Scattering from Molecules Adsorbed on Noble-Metal Nanoparticles
我们研究了吸附在小贵金属颗粒上的分子的强电子约束在表面增强拉曼散射中的作用。我们描述了一种新的拉曼信号增强源，它起源于颗粒边界附近sp带和d带电子密度的不同行为。在小粒子中，sp-electron波函数的溢出超过经典半径，产生一个薄层，减少d-电子的人口。在这个表面层中，d带电子背景对sp电子的屏蔽减少。我们表明，有限尺寸和欠屏蔽效应之间的相互作用的结果在一个位于靠近粒子边界的分子上的表面等离子体激元局部场的增加。我们的计算，基于两个区域的模型，表明拉曼信号的附加增强得到更强的较小的纳米颗粒，由于较大的体积分数的欠屏蔽区域。
2004-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Properties of Surface Plasmon Polaritons on lossy materials: Lifetimes, periods and excitation conditions
在两种介质之间的界面处激发表面等离子体激元（SPP）的可能性取决于介质的光学性质和几何方面。必须满足允许光与等离子体激元活性界面耦合的特定条件。等离子体效应在贵金属中有很好的描述，其中介电常数的虚部通常被忽略（“完美介质近似”）。然而，有些系统存在这种近似不能应用，因此需要一个共同的SPP理论的细化。在这种情况下，SPP的几个属性，如激励条件，电磁场调制周期和SPP寿命，然后可能会强烈偏离理想介质近似。在本文中，计算考虑到虚部的介电常数。该模型确定的分析条款，不应被忽略的数学描述的SPP的有耗材料。这些计算被应用于许多材料组合，从而预测相应的SPP特征。提供了等离子体激元活性界面的列表以及在完美介质近似不适用的情况下上述SPP性质的量化。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Galvanic Replacement Reaction to prepare nanoporous Aluminum for UV plasmonics
等离子体激元学的应用已经扩展到电磁波谱的紫外区域。不幸的是，常用的贵金属具有固有的光学性质，这限制了它们在350 nm以上的使用。铝可能是最合适的材料紫外等离子体，在这项工作中，我们表明，纳米多孔铝可以从Mg3Al2合金开始制备。多孔金属通过电置换反应获得。这样的纳米多孔金属可以被利用来实现用于增强的UV拉曼光谱和荧光的等离子体材料。由于大的表面积与体积比，这种材料代表了一个强大的平台，用于促进等离子体基片和紫外线中分子之间的相互作用。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Light-matter interaction of single semiconducting AlGaN nanowire and noble metal Au nanoparticle in the sub-diffraction limit
近场扫描光学显微镜（NSOM）不仅是对亚衍射极限物体进行成像的工具，而且是理解纳米结构内在性质的重要工具。为了理解使用NSOM技术在532 nm（2.33 eV）激发下在近场区域中的光-物质相互作用，我们选择了通过汽液固（VLS）机制与金属Au纳米颗粒（NP）催化剂一起生长的直径约120 nm的隔离的单个半导体AlGaN纳米线（NW）。从不同的原生缺陷相关的能量状态的AlGaN的电子跃迁的作用进行了讨论，在理解的NSOM图像的半导体NW。在纳米线的VLS生长机制中，还观察到了Au NP的NSOM图像中激发激光的强表面等离子体共振吸收效应。可沃
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Plasmons in graphene: Recent progress and applications
石墨烯由于其优异的电学、力学、热学和光学性能，自2004年被成功剥离以来，引起了人们极大的兴趣。它的二维性和优越的性质满足了表面等离子体的需要，极大地丰富了等离子体学的研究领域。本文综述了石墨烯等离子体激元的理论机制、实验观察和应用研究进展。石墨烯具有相对低的损耗、高限制、柔性和良好的可调谐性，是一种有前途的替代贵金属的等离子体材料。石墨烯基器件具有光学转换、等离子体材料、光捕获等功能，在电子学、光学、储能、太赫兹技术等领域有着广泛的应用，石墨烯良好的生物相容性使其在生物技术和医学领域有着良好的应用前景。
2013-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Hot Carrier Collection for Solar Water Splitting with Plasmonic Titanium Nitride
利用表面等离子体激元衰变产生的热电子是提高太阳能技术转换产率的新范例。氮化钛（TiN）是一种新兴的等离子体陶瓷，其提供与CMOS技术的兼容性、耐腐蚀性以及机械强度和耐久性，因此优于贵金属（即，Au、Ag）在成本、机械、化学和热稳定性方面的性能。在这里，我们表明，等离子体TiN纳米粒子产生25%的光电流增强比Au纳米粒子装饰在TiO2纳米线的光电化学水分裂。我们的研究结果强调，TiN提供了优越的性能，在热载流子产生由于增强的吸收效率，增加的电子平均自由程，并形成欧姆结与TiO 2的能力，从而使一个非常有效的电子收集等离子体Au纳米粒子无法实现。我们的研究结果表明，过渡金属氮化物使实用的等离子体激元器件具有增强的性能，用于太阳能转换。
2016-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Examining the performance of refractory conductive ceramics as plasmonic materials: a theoretical approach
本研究的主要目的是通过了解其电子结构并将其与所选耐火材料的光学性质相关联来仔细研究有前途的等离子体材料。为此，本文采用第一性原理密度泛函理论对TiC、ZrC、HfC、TaC、WC、TiN、ZrN、HfN、TaN和WN导电陶瓷的电学和光学性质进行了系统的研究。讨论了从电子能带结构计算等离子体频率的从头算方法。介电函数的计算包括电子带间和带内跃迁。我们的计算证实，过渡金属氮化物，如TiN，ZrN和HfN，是最强的候选者，表现出与传统的贵金属在可见光到近红外区域的性能相当。另一方面，碳化物不适合于等离子体应用，因为它们在相同区域中显示出非常大的损失。从我们计算的介电函数，这些耐火材料制成的纳米粒子的散射和吸收效率进行评估。结果表明，TiN和TaC是在宽光谱范围内应用于光热能量转换的最佳候选材料。此外，计算了局域表面等离子体共振和表面等离子体极化激元的品质因数以比较定量性能，发现ZrN和HfN与传统的等离子体金属如银和金相当
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Scalable, green fabrication of single-crystal noble metal films and nanostructures for low-loss nanotechnology applications
高质量的金属薄膜和纳米结构是下一代纳米技术的关键组成部分。它们包括纳米器件中的低损耗电路元件，为水裂解和$CO_2$还原技术提供新的催化途径，并使空间扩展的电磁波的限制能够被利用于信息处理、能量收集、工程超材料和将在量子等离子体极限中操作的新技术中的应用。然而，由于使用常规物理气相沉积方法进行多晶金属生长的趋势，以及与将溶液生长的纳米晶体以期望的取向和位置放置在表面上以制造功能器件相关联的挑战，高清晰度单晶亚波长金属纳米结构的受控制造仍然是一个显著的障碍。在这里，我们介绍了一种新的可扩展的，绿色的，湿化学方法的单晶贵金属，使超光滑，外延，可控厚度的单晶薄膜的制造。它们是通过离子束铣削进行纳米结构减材制造的理想选择，也是通过光刻图案化进行晶体纳米结构加成的理想选择，从而实现大面积单晶超材料和高纵横比纳米线。与多晶结构相比，我们的单晶纳米结构表现出更高的特征质量和图案转移产率，降低了光学和电阻损耗，定制了局部场，并大大提高了稳定性，支持更大的局部场增强，并实现了纳米级的新的实际进展。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Plasmon excitations in mixed metallic nanoarrays
我们使用含时密度泛函理论研究了由贵金属（Cu，Ag，Au）和过渡金属（Pd，Pt）原子组成的原子链阵列的等离子体性质。我们表明，电磁辐射的响应是相关的物理，sp-valence电子的几何依赖的限制，和化学，d-电子的能量位置在不同的原子物种和d和sp电子之间的杂交。因此，可以调谐表面等离子体共振的位置，将其分裂成几个峰，并最终实现辐射的宽带吸收。将阵列与过渡金属混合可以强烈地衰减等离子体行为。我们分析了这些现象的起源，并表明它们产生于单粒子电子空穴和集体电子激发之间的丰富的相互作用。可在固体表面上实现的原子链阵列的等离子体激元响应的可调谐性为其应用开辟了广阔的可能性。在本研究中，我们得到的指导方针，如何可以实现所需的性能。
2018-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Far-field e-beam detection of hybrid cavity-plasmonic modes in gold micro-holes
在发现电磁波通过贵金属薄膜中的亚波长孔的非凡传输之后，利用亚波长金属器件操纵光束激发了深入的研究。利用聚焦电子束可以极大地提高空间分辨率，研究光在这些孔中的传播。在这里，我们证明了直接电子束激发的辐射腔模式远低于表面等离子体激元（SP）的频率，孤立的矩形孔在金膜，照亮了激烈争论的现象，通过亚波长孔的非凡的光传输。电子束通过真空与金属的异常长距离的相互作用，包括光锥内的电磁激发，是由沿着电子束轴的动量守恒击穿所允许的。揭示了两种类型的低激发模式：辐射腔模式几乎不受SP的影响，和SP极化激元模式与波导特性的狭缝壁的近场区域，尽管在强杂化保持波导截止频率和对称特性。
2011-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic enhancement of fluorescence and Raman scattering by metal nanotips
我们报告的贵金属纳米尖附近的荧光团的光学性质的修改。利用无孔径扫描近场光学显微镜对小团簇量子点的荧光进行了成像。当一个尖锐的金尖端被带到接近样品表面，一个强大的距离依赖性增强的量子点荧光观察，导致光学分辨率的同时增加。这些结果与等离子体纳米结构附近的电场和荧光增强的模拟一致。银纳米尖的高度有序的周期性阵列已被制造的纳米球光刻。使用荧光寿命成像显微镜，我们已经创建了高分辨率的空间地图的邻近的荧光团的寿命组件，这些显示了一个数量级的增加衰减率从一个本地化的体积周围的纳米尖，导致在荧光发射强度的相应增强。来自纳米尖端上分子的拉曼散射信号的空间图显示了超过5个数量级的增强。
2008-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quantum Effects in the Acoustic Plasmons of Atomically-Thin Heterostructures
纳米纤维技术的最新进展现在能够对2D异质结构进行前所未有的控制，其中具有协同光电特性的单原子或少数原子厚的材料可以结合起来开发下一代纳米光子器件。可以在2D金属和电介质层之间的界面处实现对光的精确控制，其中表面等离子体激元强烈地限制电磁能量。在这里，我们揭示了量子和有限尺寸效应的混合系统组成的石墨烯和几个原子层的贵金属，基于量子描述，捕获这些材料的电子能带结构。发现这些现象在等离子体场的金属屏蔽中起重要作用，确定它们在石墨烯层中传播的程度。特别是，我们发现单原子金属层能够将石墨烯等离子体推向带内过渡区，使它们成为声学的，而添加更多的金属层只会产生色散的微小变化，但会强烈影响寿命。我们进一步发现，需要一种量子方法来正确地解释与金属中的单粒子激发相关的相当大的朗道阻尼。我们预计，这些结果将有助于设计未来的平台，在纳米尺度上的极端光-物质相互作用。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Optical response of strongly coupled metal nanoparticles in dimer arrays
从理论上研究了浸没在玻璃基质中的贵金属纳米颗粒二聚体结构阵列的光学响应，最近的实验观察到的银阵列中的表面等离子体激元带的分裂的动机。为了捕捉两个接近的粒子之间的强电磁耦合的银二聚体，光谱表示的多重图像公式已被使用，并采用半经典描述的银介电函数从文献中。研究发现，入射的纵向和横向偏振光的等离子体共振带的分裂强烈地依赖于颗粒的直径和它们之间的分离。我们的结果与最近的实验观察相一致。此外，大的红移的纵向偏振可以再现。进一步计算了二聚体阵列稀悬浮液的反射率谱。
2004-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Colloidal Synthesis of Crystalline Aluminum Nanoparticles for UV Plasmonics
纳米技术的许多应用依赖于高质量结晶纳米颗粒（NPs）的广泛可用性。虽然贵金属纳米粒子（金和银）的化学合成已经很好地掌握，但将金属纳米粒子的光学响应推向紫外线需要其他材料，如铝。尽管到目前为止已经报道了Al纳米颗粒的化学合成的一些示范，但是允许与大规模生产兼容的宽范围的NP尺寸的精细加工路径尚未被证明。在这篇文章中，我们报告的生产球形，尺寸可控的结晶铝纳米颗粒从商业铝箔和不使用催化剂。所提出的方法结合了声化学与溶剂化学，是完全可扩展的。所获得的NP具有由薄氧化铝壳包围的10-100 nm结晶Al核，允许在乙醇中的长期稳定性。定义良好的等离子体共振在紫外线和可见光范围内的实验证明在单个纳米粒子。
2022-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self Assembly of and Plasmon Enhanced Ultrafast Magnetization in Ag Co Hybrid Nanoparticles
利用脉冲激光实现磁性纳米粒子的超快退磁由于其在自旋电子学中的潜在应用（如数据存储）而受到广泛关注。在这样的应用中，有必要使用低能量激光脉冲来控制磁化，然而，这带来了增加从激发激光脉冲到自旋子系统的能量的量的问题。我们利用局域表面等离子体共振（LSPR）现象来增强从激光脉冲到自旋子系统的能量转移。为了诱导LSPR，使用一种新的方法制备了具有LSPR吸收的贵金属纳米颗粒和磁性金属纳米颗粒的混合纳米颗粒。具体来说，通过使用脉冲激光沉积的自组装方法制备AgCo混合纳米颗粒。我们进行了测量的静态法拉第和时间分辨法拉第效应，使用泵探测技术上的AgCo混合纳米粒子与各种AgCo的比例。实验结果表明，随着AgCo比的增加，LSPR吸收和退磁幅度增加。结果表明，从激光脉冲转移到磁性纳米粒子的自旋系统的能量的量可以通过LSPR吸收增加。
2014-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, Dielectric, and Plasmonic Properties of Two-Dimensional Electride Materials X$_2$N (X=Ca, Sr): A First-Principles Study
基于第一性原理计算，我们系统地研究了二维掺杂材料X $_2$ N（X=Ca，Sr）的电子、介电和等离子体性质.我们发现，钙$_2$ N和锶$_2$ N是稳定的单层厚度。对于大于1-单层（1-ML）的厚度，存在被限制在[X $_2$ N] $^+$层之间的区域中的2D阴离子电子层。这些电子层被强烈地俘获并且彼此之间具有弱耦合。结果，对于诸如表面能、功函数和介电函数的许多性质的厚度依赖性，当从1-ML到2-ML时发生最显著的变化。对于体相和少层结构的Ca $_2$ N和Sr $_2$ N，其介电函数的面内和面外实部在覆盖近红外的扩展频率范围内具有不同的符号，表明它们作为不确定介质的潜在应用。我们发现，体Ca $_2$ N和Sr $_2$ N可以支持表面等离子体模式在近红外范围。此外，紧束缚的等离子体激元模式可以存在于它们的少层结构中。与传统的贵金属材料相比，这些模式具有显著更短的波长（约几十纳米），这表明它们具有更小尺寸的等离子体激元器件的巨大潜力。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
The electronic and thermal response of low electron density Drude materials to ultrafast optical illumination
本文针对低电子密度 Drude 材料建立电子动力学模型，揭示其电子-声子与电子-电子相互作用特性及更小电子热容导致的快速升降温行为，并以 ITO 为例给出可推广的解析结果。
2022-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-crystalline Aluminum Nanostructures on Semiconducting GaAs Substrate for Ultraviolet to Near-infrared Plasmonics
铝作为一种用于等离子体的金属材料，由于其将表面等离子体共振的应用扩展到紫外（UV）区域并且在天然丰度、成本和与现代半导体制造工艺的兼容性方面优于贵金属而引起极大兴趣。在这里，我们提出了紫外近红外（NIR）等离子共振单晶铝纳米缝和纳米孔。采用分子束外延（MBE）方法在半导体GaAs衬底上生长了超光滑的单晶铝膜，利用聚焦离子束（FIB）铣削技术在其上制备了高清晰度的纳米结构。单晶铝膜由于超光滑的表面而显示出改善的反射率和降低的双光子光致发光（TPPL）。线性散射和非线性TPPL进行了详细研究。纳米缝阵列显示出清晰的类Fano共振，纳米孔被发现支持光子模式和局域表面等离子体共振。我们还发现，TPPL的产生是更有效的激发偏振平行，而不是垂直于铝膜的边缘。这种违反直觉的现象归因于GaAs衬底的高折射率。我们表明，从铝TPPL的偏振很好地保留了激发极化，是独立的薄膜或基板的晶体取向。我们的研究深入了解了高折射率半导体GaAs衬底上铝纳米结构的光学性质，并说明了一个实用的路线，以实现等离子体器件到半导体上的未来混合纳米器件。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring hot-carrier distributions of plasmonic nanostructures through surface alloying
本研究通过第一性原理模拟探究表面合金种类与浓度对银纳米颗粒热载流子分布的影响，揭示非贵金属表面合金调控热空穴/电子产生的机制与规律，为等离子体催化的精准设计提供指导。
2023-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spectral focusing of broadband silver electroluminescence in nanoscopic FRET-LEDs
很少有发明能像白炽灯泡那样塑造世界。虽然爱迪生使用来自欧姆加热导体的热辐射，但一些贵金属在渗滤膜、隧道二极管、电迁移纳米颗粒聚集体、光学天线或扫描隧道显微镜（STM）中表现出“冷”电致发光（EL）。由于电子跃迁的辐射产率很低，这种辐射的起源是有争议的，它的光谱很宽，取决于施加的偏压。纳米粒子EL是特别有趣的，因为它涉及到本地化的表面等离子体共振与大的偶极矩。这样的等离子体激元使得能够非常有效地非辐射荧光共振能量转移（FRET）耦合到近端共振偶极跃迁。我们展示了纳米FRET-LED利用相反的过程，从银纳米粒子的能量转移到剥离的过渡金属二硫属化物（TMDC）的单层。在衍射限制热点显示出明显的光子聚束，宽带银EL集中到原子薄的覆盖层的窄激子共振。这种器件可以在片上光学互连中提供传统纳米LED的替代方案。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Sculpting the plasmonic responses of nanoparticles by directed electron beam irradiation
功能纳米结构中物质的空间限制将这些系统推向了纳米科学的最前沿，既作为奇异物理和量子现象的游乐场，又在包括等离子体、光电子和传感在内的多种应用中。与此同时，单色电子能量损失谱（EELS）的出现使得能够探索单个纳米颗粒内的局部纳米等离子体功能和纳米颗粒组装体的集体响应，从而深入了解相关机制。然而，等离子体纳米结构的现代合成工艺通常限于可访问的几何形状和材料的类型，并且即使如此，也限于数十nm量级的空间精度，从而排除了对结构-性质关系的关键方面的直接探索。在这里，我们使用扫描透射电子显微镜（STEM）的原子大小探针来执行纳米颗粒配置的精确雕刻和设计。此外，使用低损耗（EELS），我们提供了动态分析的等离子体激元响应的演变过程中的雕刻过程。我们表明，在纳米粒子的自组装系统中，单个纳米粒子可以选择性地去除，重塑或以纳米级分辨率任意图案化，有效地修改空间和能量域中的等离子体响应。这一过程大大增加了设计的可能性，并为任意结构的开发提供了机会，这最终是纳米光子设计的关键。纳米雕刻又给电子显微镜带来了另一种能力。
2021-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anomalous plasmon mode in strained Weyl semimetals
利用Landau费米液体和手征动力学理论，在应变Weyl半金属中发现了一种奇异的反常等离子体激元模式，其中准粒子相互作用由长程库仑作用和残余短程相互作用模拟.带隙的集体模式是由体和表面之间的动态电荷泵抽产生的，其行为类似于$k_{\rm F}^{-1}$。电荷振荡由感应电场和背景赝场之间的耦合精确地确定。这种新的模式单向分散沿伪磁场，并表现在一个不寻常的热导率在明显违反的Wiedemann-Franz定律。激发可以通过太赫兹机制中晶格的机械振动来实验实现。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging
表面等离子体激元是电子在金属或半导体中的集体振荡，使得能够在亚波长尺度上限制和控制电磁能量。等离子体激元学的快速发展在很大程度上依赖于器件纳米制造的进步，而对等离子体激元介质的可调谐特性关注较少。一种这样的介质-石墨烯-适合于用栅极电压方便地调节其电子和光学性质。通过红外纳米成像，我们明确表明，常见的石墨烯/SiO2/Si背栅结构支持传播表面等离子体。石墨烯等离子体激元的波长在技术相关的红外频率下为200 nm量级，并且它们可以传播该距离的几倍。我们已经成功地改变了这些等离子体的振幅和波长的门电压。我们使用等离子体干涉测量法研究了石墨烯中的损耗：通过探索在我们的纳米探针的尖端和样品的边缘之间形成的等离子体驻波的真实空间轮廓。通过这种分析量化的等离子体激元耗散与石墨烯的奇异电动力学有关。我们的可调石墨烯器件的标准等离子体指数超过了常见的金属基结构。
2012-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic correlation determining correlated plasmons in Sb-doped Bi$_2$Se$_3$
电子关联被认为在关联电子系统中的绝缘体-金属转变、巨磁电阻和高温超导等奇异现象中起着重要作用。最近，它已被证明，电子关联也可能是负责非常规等离子体激元的形成。因此，使用角度相关的椭圆偏振光谱，角度分辨的光电子能谱和霍尔测量的组合都作为温度的函数的第一性原理计算支持，低损耗的高能量相关等离子体伴随着光谱重量转移，电子相关的指纹，在拓扑绝缘体（Bi $_{0.8}$ Sb $_{0.2}$）$_2$ Se $_3$的存在。冷却后，表面态的自由载流子密度降低，而体态的自由载流子密度增加，新发现的相关等离子体激元是解释这一现象的关键。我们的研究结果显示了电子关联在确定新的关联等离子体激元中的重要性，并为基于等离子体激元的拓扑绝缘器件的工程设计开辟了一条新的途径。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Electron-plasmon interaction induced plasmonic-polaron band replication in epitaxial perovskite SrIrO$_3$ films
电子-玻色子相互作用对于深入理解多体物理学中出现的各种奇异性质至关重要。在光电子能谱中，由于光子吸收引起的光电子发射会在固体中引发各种集体激发，包括声子、磁振子、电子空穴对和等离子体激元的出现，这自然为研究电子-玻色子耦合提供了可靠的途径。虽然在这种最先进的技术中电子-声子/磁振子相互作用的指纹已经得到了很好的研究，但对电子-等离子体耦合知之甚少，并且直接观察仅仅由于电子-等离子体相互作用引起的能带重整化是非常具有挑战性的。在这里，通过利用集成氧化物分子束外延和角分辨光电子能谱，我们发现了长期追求的纯电子等离子体激元耦合诱导的低躺在等离子体极化子复制带在外延半金属SrIrO $_3$膜，其中的特征低载流子浓度和窄带宽相结合，提供了一个独特的平台，电子等离子体激元相互作用可以在光电子能谱中进行运动学研究。这一发现丰富了固体中集体模的电子带归一化形式，并表明，为了获得对5d电子系统中准粒子动力学的完整理解，电子-等离子体相互作用应与公认的电子-电子相互作用和自旋-轨道耦合同等看待。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
