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
Plasmon-phonon coupling in graphene
计算了单层和双层石墨烯的电子-声子耦合系统的集体激发，考虑了石墨烯中电子激发与衬底纵向光学声子模之间的非微扰库仑耦合.我们发现单层石墨烯中的等离子体-声子耦合在所有密度下都很强，但在双层石墨烯中，耦合仅在满足共振条件$ω_{pl} \approx ω_{ph}$的高密度下才有意义。这种差异来自于与石墨烯的手性相关的特殊屏蔽特性。等离子体-声子耦合解释了在长波长范围内测量到的准线性等离子体色散，从而解决了实验观测中的一个难题。
2010-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 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
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
Ultrafast Carrier Recombination and Generation Rates for Plasmon Emission and Absorption in Graphene
给出了石墨烯中等离子体激元发射和吸收的电子-空穴产生率和复合率。已经发现由于等离子体激元发射的载流子的复合时间在数十飞秒到数百皮秒的范围内。复合时间敏感地依赖于载流子能量、载流子密度、温度和等离子体激元色散。在狄拉克点附近的载流子被发现有更长的寿命相比，在更高的能量载流子。极性衬底上的石墨烯层中的等离子体激元与表面光学声子杂交，并且这种杂交改变等离子体激元分散。我们还提出了由于等离子体发射和吸收在极性基板上的石墨烯层的载流子的产生和复合率。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface plasmon polariton graphene photodetectors
等离子体纳米粒子和石墨烯的组合增强了基于石墨烯的光电探测器的响应度和光谱选择性。然而，金属-石墨烯结的小面积（其中诱导的电子-空穴对分离）将光活性区域限制在亚微米长度尺度。在这里，我们将石墨烯与等离子体光栅耦合，并利用所产生的表面等离子体激元将收集到的光子传递到金属-石墨烯-金属光电探测器的结区。这导致响应度提高400%，光敏长度增加1000%，并结合可调光谱选择性。表面等离子体激元和入射波之间的干涉引入了新的功能，例如来自接触边缘的光通量吸引或排斥，从而能够定制设计光电探测器的光谱响应。这种结构也可以用于表面等离子体生物传感与直接电读出，消除了复杂的光学需要。
2015-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Mid-Infrared Radiative Emission from Bright Hot Plasmons in Graphene
石墨烯中受激载流子的衰变动力学引起了广泛的科学关注，因为无隙狄拉克电子能带结构打开了常规材料中不允许的弛豫通道。我们报告费米能级依赖的中红外发射石墨烯起源于以前未观察到的衰变通道：热等离子体激元产生的光激发载流子。所观察到的费米能级依赖性排除了普朗克发光机制，并与光反转石墨烯中计算的等离子体发射光谱一致。明亮的热等离子体发射的证据进一步支持费米能级依赖和偏振依赖的共振发射从石墨烯等离子体纳米阵列在脉冲激光激发下。自发等离子体激元发射是一个明亮的发射过程，因为我们对实验条件的计算表明，在几千开尔文的温度下，自发产生的等离子体激元的光谱通量比黑体发射高几个数量级。在这项工作中，它表明，石墨烯等离子体激元的辐射效率的大幅增强，可以通过装饰石墨烯表面与金纳米盘，作为耦合输出散射体，并促进本地化的等离子体激元激发时，他们与入射的激发光共振。这些观测为探索超快和超亮中红外发射过程和光源奠定了基础。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible dimensionality transition behavior in localized plasmon resonances of confinement-controlled graphene devices
我们研究了受限控制石墨烯器件中石墨烯局域等离子体共振的维度跃迁行为。我们首先证明了一种可能性的维度过渡，基于设备的载流子密度依赖性，从二维等离子体共振到一维等离子体共振。我们在同一片光学透明晶片上制作了光学透明器件和电输运器件。这些设备允许载流子密度和等离子体共振峰位置之间的详细控制和分析。从平方根n（二维）到常数（一维）的载流子密度与基于线性能带结构材料中狄拉克费米子载流子的理论预测一致。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
UV active plasmons in alkali and alkaline earth intercalated graphene
原始石墨烯中的带间π和π + σ等离子体激元以及掺杂石墨烯中的狄拉克等离子体激元是不适用的，因为它们是宽的或弱的，并且弱耦合到外部纵向或电磁探针。因此，从头算密度泛函理论用于证明通过碱金属或碱土金属原子对石墨烯的化学掺杂显著地改变了紫外频率范围（4 - 10 eV）中的差的石墨烯激发光谱。四个突出的模式检测。其中两个是具有平方根色散的层内等离子体激元，这是二维模式的特征。剩下的两个是层间等离子体激元，在长波长限制下非常强，但对于较大的波矢量是阻尼的。光学吸收计算表明，层间等离子体都是光学活性的，这使得这些材料适用于有机小分子传感。这是特别有趣的，因为光学活性的二维等离子体激元尚未在其他材料中检测到。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism for graphene-based optoelectronic switches by tuning surface plasmon-polaritons in monolayer graphene
它示出，人们可以探索石墨烯的光学电导率，连同通过施加的栅极电压控制其电子密度的能力，以实现外部电磁辐射和石墨烯层中的表面等离子体激元-极化激元之间的谐振耦合。这开启了通过在全反射和全吸收的状态之间切换来电控制放置在石墨烯层顶部上的棱镜内反射的光的强度的可能性。预测的效果可用于构建基于石墨烯的光电开关。
2011-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics of coupled graphene micro-structures
石墨烯微结构（如微带和盘）的光学响应由远红外（IR）光谱范围内的局域等离子体共振主导。通常涉及这样的结构的集合，并且预计单个结构之间的耦合效应将发挥重要作用。本文研究了不同结构的石墨烯微结构的等离子体激元耦合。虽然观察到同一平面上的石墨烯盘之间的耦合相对较弱，但垂直堆叠的石墨烯盘之间的耦合较强，并且证明了共振频率的急剧增加。更复杂结构中的等离子体激元可以被视为来自更基本结构的等离子体激元的杂化。作为一个例子，石墨烯微环的等离子体共振，连同它们在磁场中的响应。最后，通过在500 cm-1附近观察到一个新的混合共振峰，证明了等离子体激元与SiO2衬底表面极性声子的耦合。
2012-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon Amplification through Stimulated Emission at Terahertz Frequencies in Graphene
我们表明，二维石墨烯中的等离子体激元可以在太赫兹频率下获得净增益。在反转的石墨烯层中等离子体激元与带间电子-空穴跃迁的耦合可以通过受激发射过程导致等离子体激元放大。我们计算不同的电子空穴密度和温度的等离子体增益，并表明，增益值可以超过$10^{4}$厘米$^{-1}$在1-10太赫兹的频率范围内，电子空穴密度在$10^{9}$ - $10^{11}$厘米$^{-2}$范围内，即使当等离子体能量损失由于带内散射被认为是。等离子体激元被发现表现出带内散射时间短于100 fs的净增益。这样的高增益值可以允许尺寸在1-10 $μ$ m范围内的极其紧凑的太赫兹放大器和振荡器。
2007-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photocurrent in graphene harnessed by tunable intrinsic plasmons
石墨烯在红外和太赫兹中的光学特性可以通过将石墨烯图案化为具有亚波长特征尺寸的周期性超材料来定制和增强。在这里，我们展示了石墨烯纳米阵列中的偏振敏感和门可调光电探测。利用的长寿命的混合等离子体声子模式的电子密度振荡和基板（SiO2）的表面极性声子的耦合激发。它们的激发由s-极化导致的共振光电流的数量级大于p-极化，激发电子-空穴对观察到的光电流。等离子体探测器表现出光致温度增加高达四倍的可比2D石墨烯探测器。此外，由于光激发的混合等离子体声子和电子的衰变通道的差异，光电流符号在最新的纳米阵列中变得偏振敏感。我们的工作提供了一个路径的光敏和频率选择性光电探测器的基础上石墨烯的等离子体激元激发。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Dielectric screening and plasmons in AA-stacked bilayer graphene
在无规相位近似下研究了AA-堆叠双层石墨烯的屏蔽特性和集体激发（等离子体激元）。而在单层石墨烯和AB-堆叠的双层石墨烯中的长寿命的等离子体激元可以仅存在于掺杂的样品中，我们发现相干等离子体激元可以分散在AA-堆叠的双层石墨烯{ \it即使在没有掺杂的情况下}。此外，我们表明，特征低能量色散关系是不受载流子数量的变化，除非掺杂样品的化学势超过层间跳跃能量。我们进一步考虑的外部电场施加垂直的层的效果，并显示如何的模式的色散可以通过施加栅极电压进行调谐。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Highly confined low-loss plasmons in graphene-boron nitride heterostructures
石墨烯等离子体被预测同时具有超强的场约束和非常低的阻尼，使深亚波长超材料，单光子非线性，非常强的光-物质相互作用和纳米光电开关的新型器件成为可能。虽然所有这些伟大的前景都需要低阻尼，但到目前为止，观察到了强等离子体阻尼，石墨烯中的杂质散射和多体效应都被认为是可能的解释。随着范德华异质结构的出现，已经开发了将石墨烯与其他原子平坦材料集成的新方法。在这封信中，我们利用近场显微镜图像传播的等离子体在高品质的石墨烯封装在两个薄膜的六方氮化硼（h-BN）之间。我们确定色散，特别是等离子体激元阻尼在真实空间。我们发现了前所未有的低等离子体激元阻尼结合强场约束，并确定了主要的阻尼通道作为内在的热声子在石墨烯和介电损耗的h-BN。对低等离子体激元阻尼的观测和深入理解是石墨烯纳米光子和纳米光电子器件发展的关键。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupling light into graphene plasmons through surface acoustic waves
我们提出了一个方案，耦合激光到石墨烯等离子体的帮助下，电产生的表面声波。表面声波形成衍射光栅，其允许用红外激光激发杂化石墨烯等离子体-声子色散的长寿命声子状分支。我们的方法避免了石墨烯片的图案化，不依赖于复杂的光学近场技术，并允许电切换远场辐射和传播石墨烯等离子体之间的耦合。
2013-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene induced tunability of the surface plasmon resonance
通过改变插入石墨烯和纳米颗粒之间的Al2O3间隔层的厚度来证明表面等离子体共振波长的可调谐性。通过将间隔层厚度从0.3 nm变化到1.8 nm，谐振波长从583 nm移动到566 nm。该偏移是由于在金纳米颗粒和单层石墨烯膜中激发的局部表面等离子体激元之间的电磁场耦合强度的变化。相反，当系统中不存在石墨烯膜时，在改变间隔物厚度时没有观察到谐振波长的明显偏移。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal surface induces strong acoustic plasmons in chemically doped graphene
最近的理论研究表明，掺杂有碱金属（AC x）的独立石墨烯支持强狄拉克和弱声学等离子体。在这里，我们表明，当AC x沉积在金属表面上，强烈的库仑屏蔽完全洗出这些集体模式。然而，即使AC X和金属表面之间的分离的小的增加也会导致AC X等离子体特性的恢复，特别是在独立的情况下不存在的声等离子体强度的增强。我们进一步提供了这些有趣的现象的物理背景。所研究的系统由沉积在Ir（111）表面上的锂和铯掺杂的石墨烯组成。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ultrafast dynamics of Dirac plasmon in graphene
探索低损耗的二维等离子体模式被认为是实现纳米级光操纵和等离子体科学技术应用的核心。在这种情况下，泵浦探测光谱是一个强大的工具，研究这些集体模式和相应的能量转移过程。在这里，我提出了一个第一性原理研究非平衡狄拉克等离子体在石墨烯，其中阻尼通道在超快条件下仍然没有得到充分的探索。激光诱导的等离子体激元能量蓝移解释的热增加的电子空穴对浓度的带内通道。有趣的是，虽然平衡石墨烯等离子体的阻尼路径完全由声学声子的散射决定，但光致等离子体主要将其能量转移到强耦合的热光学声子，这解释了实验观察到的等离子体线宽增加十倍。本研究铺平了道路，在新的二维系统和异质结构等离子体激元时间动力学的深入理论理解。
2021-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Quantum plasmons with optical-range frequencies in doped few-layer graphene
虽然等离子体振子模式存在于掺杂的石墨烯中，但是通过选通实现的有限的掺杂范围将等离子体振子频率限制在不包括可见光和红外线的范围内。在这里，我们表明，通过使用第一性原理计算，在双层和三层石墨烯中的锂嵌入实现的高水平的掺杂将等离子体频率转移到可见光范围内。为了获得物理上有意义的结果，我们引入了一个修正的影响，等离子体相互作用的真空分离周期性图像的掺杂石墨烯层，透明的边界条件在垂直于层的方向，这代表了一个显着的改进，在早期的作品中采用的精确库仑截止技术。产生的等离子体激元模式是由于局部场效应和材料对外部电磁场的非局部响应，需要完全量子力学处理。我们描述了这些量子等离子体激元的特性，包括色散关系、损耗和场局域化。我们的研究结果指出了一种微调石墨烯和其他二维材料中等离子体频率的策略。
2018-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Graphene as a source of entangled plasmons
我们分析了非线性光学方案产生的量子纠缠等离子体在太赫兹红外范围内的石墨烯对。我们预测单层石墨烯的高等离子体激元场浓度和强光学非线性使得对产生速率比传统光子源高得多。我们研究的第一个方案是石墨烯纳米结构中的自发参量下转换。在这个二阶非线性过程中，由外部泵浦激发的等离子体激元分裂成一对等离子体激元，每个频率为原始频率的一半，沿相反方向发射。通过施加直流电场来激活转换，该直流电场在带上感应密度梯度或电流。另一种方案是简并四波混频，其中反向传播的等离子体激元以泵浦频率发射。这种三阶非线性过程不需要一个破断直流磁场。我们建议纳米光学实验测量发射的等离子体激元对的位置-动量纠缠。我们估计的临界泵场的等离子体激元产生率超过其耗散，导致参数不稳定性。
2022-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Surface plasmons at the interface between graphene and kerr-type nonlinear medium
研究了石墨烯与克尔型非线性介质界面上三维局域表面等离子体激元的性质。与金属表面的表面等离子体激元相比，由于不可避免的非线性折射效应，等离子体激元的约束可以提高到没有非线性贡献的石墨烯等离子体激元的三倍，但相对传播长度几乎相同。此外，石墨烯等离激元的色散关系和传播距离可以通过改变石墨烯的费米能级、温度和弛豫时间来控制。我们的研究结果表明，一个简单的，但有用的潜在应用，精密的非线性材料传感器使用石墨烯等离子体。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Tailoring reflection of graphene plasmons by focused ion beams
石墨烯等离子体激元的显著特性使得石墨烯等离子体激元元件在集成光子器件中具有良好的应用前景。石墨烯等离激元器件的制备和等离激元传播的控制是至关重要的。通过近场等离子体成像，我们展示了可控修改的反射石墨烯等离子体在离子束刻蚀的边界。此外，通过在适当的值改变离子剂量，可以获得类似反射边界的性质。我们还研究了离子束入射角对等离子体反射的影响。为了说明离子束刻蚀的应用，一个简单的石墨烯楔形等离子体激元结构的制造和性能优异，证明这种技术作为一个简单而有效的工具，用于控制石墨烯等离子体激元。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene-plasmon polaritons: From fundamental properties to potential applications
由于在纳米器件中控制光的独特可能性，石墨烯等离子体为纳米光子学社区开辟了新的前景，在超材料，调制器，光电探测器和传感器中具有潜在的应用。本文简要综述了石墨烯等离子体激元研究的最新进展。我们首先对石墨烯的光学性质进行一般描述，特别关注石墨烯-等离子体激元的色散。空间扩展的石墨烯的石墨烯等离子体激元的色散关系表示在带内贡献的本地响应极限。在此基础上，我们讨论了石墨烯等离子体激元的最新研究进展，重点讨论了石墨烯等离子体激元的激发、极性衬底上石墨烯中的电子-声子相互作用以及可调谐石墨烯等离子体激元在调制器和传感器中的应用。最后，我们寻求解决石墨烯等离子体的一些明显挑战和有前途的前景。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Regular quantum plasmons in segments of graphene nanoribbons
石墨烯等离子体激元具有贵金属等离子体激元无法比拟的优势，例如高可调谐性和低损耗。然而，对于小于10 nm的石墨烯纳米结构，尽管它们具有潜在的应用，但对它们的等离子体激元或是否存在规则的等离子体激元行为知之甚少。在这里，我们提出了第一性原理计算的锯齿形石墨烯纳米颗粒段的等离子体激元激发。发现了规则的等离子体行为：在低能区（< 1.5 eV）仅存在一个等离子体模式。当宽度（W）大于1.5 nm时，经典的静电标度律仍然近似成立，但当W < 1.5 nm时，由于量子效应，经典的静电标度律完全失效。不同掺杂浓度下的标度表明，等离子体激元近似为自由电子等离子体激元，而不是狄拉克等离子体激元。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall
Graphene Transverse Electric Surface Plasmon Detection using Nonreciprocity Modal Discrimination
我们提出了一个磁偏置石墨烯铁氧体结构区分TE和TM等离子体模式的石墨烯。在该结构中，石墨烯TM等离子体激元与该结构相互作用。相反，石墨烯TE等离子体表现出非互易性。这种非互易性表现在接近带间阈值频率的频带中的单向TE传播。所提出的结构提供了一个独特的平台，在石墨烯中的TE等离子体激元模式的不寻常的存在的实验演示。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast Dynamics of Plasmon-Exciton Interaction of Ag Nanowire-Graphene Hybrids for Surface Catalytic Reactions
利用超快泵浦-探测瞬态吸收光谱技术，在可见-近红外波段对石墨烯-银纳米线杂化材料的飞秒等离子体激子相互作用进行了实验研究。银纳米线的等离子体激元寿命约为150飞秒（fs）。对于单层石墨烯，在275 fs处的快速动力学过程是由于石墨烯激子的激发，而在1.4皮秒（ps）处的缓慢过程是由于等离子体激元热电子与石墨烯声子的相互作用。对于石墨烯-Ag纳米线杂化材料，等离子体激元诱导的热电子向石墨烯的转移时间尺度为534 fs，金属等离子体激元增强的石墨烯等离子体激元在可见光区的时间尺度约为3.2 ps.石墨烯-银纳米线杂化物可用于等离子体激元驱动的化学反应。这种石墨烯介导的表面增强拉曼散射基底与单层石墨烯或单个Ag纳米线单独驱动的反应相比，显著增加了由石墨烯-Ag纳米线杂化共同驱动的表面催化反应的概率和效率。这意味着石墨烯-Ag纳米线杂化物不仅可以导致高密度热电子的显著积累，而且由于强的等离子激元-激子耦合，还可以显著增加等离子激元到电子的转换效率。
2016-08-06 cond-mat.mes-hall
Plasmons in graphene on uniaxial substrates
将石墨烯放置在单轴衬底上可能对石墨烯基光子和光电子器件具有有趣的应用潜力。在这里，我们解析地推导出单轴衬底上的石墨烯等离子体激元的色散关系，并讨论它们的动量，传播长度和偏振作为频率，传播方向和基底的正常和异常介电常数的函数。我们发现，等离子体激元表现出各向异性的传播，产生径向不对称的场模式时，点发射器发射等离子体在石墨烯层。
2013-12-16 cond-mat.mes-hall
Low-dimensional gap plasmons for enhanced light-graphene interactions
针对石墨烯原子层厚与光学模式尺寸失配导致光-石墨烯重叠不足的问题，提出低维石墨烯间隙等离激元波，实现更强场集中及高效线性调制。
2016-12-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Multi-plasmon absorption in graphene
我们发现，石墨烯具有很强的非线性光学响应的多等离子体吸收的形式，在经典和量子非线性光学的令人兴奋的影响。具体来说，我们预测石墨烯纳米带可以用作在远红外和太赫兹光谱中具有低饱和强度的可饱和吸收体。此外，我们预测，两个等离子体激元吸收和极端本地化的等离子体激元场在石墨烯纳米盘可以导致等离子体激元封锁效应，其中一个单一的量子化等离子体激元强烈抑制激发第二个等离子体激元的可能性。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Damping of Terahertz Plasmons in Graphene Coupled with Surface Plasmons in Heavily-Doped Substrate
从理论上研究了太赫兹（THz）频率下石墨烯中的等离子体与重掺杂衬底中表面等离子体的耦合。我们发现，巨大的散射率可以完全衰减等离子体激元，因此适当选择材料和几何参数对于抑制耦合效应并获得石墨烯中的最小阻尼率至关重要。即使掺杂浓度为10^{19} - 10^{20} cm^{-3}，石墨烯和衬底之间的介电层厚度为100 nm，这是具有重掺杂衬底的真实石墨烯样品中的典型值，与声学声子限制的阻尼率相比，阻尼率的增加也不可忽略。研究了阻尼率与波数、石墨烯与衬底和栅极与石墨烯间隔的厚度、衬底掺杂浓度和周围材料的介电常数的关系。结果表明，阻尼率可以大大降低的栅极屏蔽，这抑制了石墨烯等离子体激元到衬底中的场扩展。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall
Real-space imaging of the tailored plasmons in twisted bilayer graphene
我们报告了一个系统的等离子体研究扭曲双层石墨烯（TBLG）-两个石墨烯层堆叠的扭曲角。通过对具有宽扭曲角分布的TBLG单晶的实空间纳米成像，我们发现TBLG支持敏感地依赖于扭曲角的受限红外等离子体。在小的扭转角下，TBLG具有与单层石墨烯相当的等离子体激元波长。在较大的扭转角，TBLG的等离子体激元波长显着增加，明显较低的阻尼。进一步的分析和建模表明，观察到的扭曲角依赖的TBLG等离子体在狄拉克线性制度主要是由于费米速度重整化，层间电子耦合的直接后果。我们的工作揭示了TBLG的定制等离子体特性，加深了我们对新颖的范德华耦合二维材料中有趣的纳米光学物理的理解。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental demonstration of graphene plasmons working close to the near-infrared window
石墨烯等离子体激元由于其强的模式约束、长的传输距离和独特的可调谐性，在中红外和太赫兹波段得到了广泛的研究。然而，将石墨烯等离子体激元推向更短的波长，以便将石墨烯等离子体激元概念与近红外区域的现有成熟技术相结合，仍然是一个巨大的挑战。我们研究了由石墨烯纳米盘支撑的局域化石墨烯等离子体，并在完全可扩展的嵌段共聚物自组装方法的帮助下实验证明了石墨烯等离子体在2 μm处工作。我们的研究结果显示了一种很有前途的方法，以促进石墨烯等离子体激元的基础研究和潜在的应用在近红外窗口。
2016-10-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-plasmon interaction and the role of buffer in epitaxial graphene micro-flakes
本文通过远红外磁等离激元吸收、拉曼成像和原子力显微镜，揭示外延石墨烯平移对称性破缺源于自发形成的微米薄片，并阐明缓冲层通过界面态库仑屏蔽与等离激元耦合共同导致纳米带中的异常红移。
2023-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unconventional plasmon-phonon coupling in graphene
利用自洽线性响应理论计算了石墨烯中等离子体激元和内禀光学声子的杂化。我们发现，纵向等离子体激元（横向磁模式）只耦合到横向光学声子，而石墨烯的横向等离子体激元（横向电模式）只耦合到纵向光学声子。这种偏振的混合与其他系统中通常的等离子体-声子耦合相反。通过增加载流子的浓度，对于横向（纵向）声子，声子频率的所得变化增加（减小）。
2011-04-04 cond-mat.mes-hall
Plasmon Generation through Electron Tunneling in Graphene
石墨烯等离子体相对于光波长的短波长使其在光电子学和传感领域的应用具有吸引力。然而，这种特性限制了它们与外部光的耦合以及我们创造和检测它们的能力。因此，期望产生等离子体激元的更有效的方式。在这里，我们证明，通过现实的理论模拟，石墨烯等离子体可以有效地激发通过电子隧穿在由两个石墨烯单层由几个原子层的hBN分离形成的三明治结构。我们得到的等离子体激元产生率的$\sim10^{12}-10^{14}/$ s的平方等离子体激元波长的区域上的间距和偏置电压的现实值，而产量（等离子体激元每隧穿电子）具有统一的顺序。我们的研究结果支持在隧穿器件中的石墨烯等离子体激元的电激发作为一种可行的机制，用于开发无光学的石墨烯等离子体激元器件。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall
Efficient nonlinear generation of THz plasmons in graphene and topological insulators
石墨烯中的表面等离子体可以提供贵金属等离子体的有吸引力的替代方案，这是由于其更紧密的限制、特有的色散和更长的传播距离。我们目前的理论研究的非线性差频产生的太赫兹表面等离激元模式支持的二维层的无质量狄拉克电子，其中包括石墨烯和表面态的拓扑绝缘体。我们的研究结果表明，在等离子体共振附近的DFG效率的强烈增强和相位匹配的非线性产生的等离子体激元在很宽的频率范围内的可行性。
2013-12-01 cond-mat.mes-hall
Graphene plasmons and retardation: strong light-matter coupling
我们研究了掺杂的石墨烯等离子体激元的延迟制度，由未延迟的等离子体激元和光锥的名义交叉。除了在等离子体色散关系中的修改之外，延迟意味着传播光和物质之间的强耦合，即使对于均匀的石墨烯，这也开辟了在简单的石墨烯设备中有效的等离子体的可能性。我们在双层结构中，表现出{ \em完美}（如果无损耗）的光传输在一个经典的禁止区域，提供了一个简单的模拟相应的现象在穿孔的金属片的增强。我们还表明，（宽）Fabry-Pérot共振目前没有石墨烯变成尖锐的峰值，准离散模式的存在下，石墨烯的响应函数是由典型的Fano线形。
2012-07-20 cond-mat.mes-hall
Confined Plasmons in Graphene Microstructures: Experiments and Theory
石墨烯是一种具有高迁移率和可调电导率的二维材料，特别适合于等离子体激元。体石墨烯中的等离子体激元的频率色散已经在理论和实验上进行了研究，而没有理论模型已经被报道，并针对石墨烯微结构中的受限等离子体激元模式的实验进行了测试。在本文中，我们提出了实验测量以及分析和计算模型，这样的限制模式。我们比较实验测量与理论的等离子体激元模式在相互作用的石墨烯条阵列，并表现出良好的协议。实验和理论结果之间的比较揭示了相邻石墨烯结构的等离子体激元模式之间的相互作用所发挥的重要作用。
2013-03-06 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
Directional excitation of graphene surface plasmons
我们提出了一种方案，通过将石墨烯片放置在磁光衬底上，将光定向耦合到石墨烯等离子体激元中。当平行于表面施加磁场时，石墨烯等离子体激元色散关系在向前和向后方向上变得不对称。可以通过将光栅应用于衬底来实现具有垂直入射照明的石墨烯等离子体的单向激发。方向性可以通过电门控石墨烯或通过改变磁偏置来主动控制。该方案可能在基于石墨烯的光电子学和传感中具有应用。
2014-11-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Evidence for graphene plasmons in the visible spectral range probed by molecules
基于结合的紧密束缚模型和随机相位近似计算，石墨烯被认为仅在红外线以下是等离子体激元活性的。在这里，我们表明，通过椭圆偏振测量和密度泛函理论模拟的石墨烯的光学性质意味着在可见光的线宽为0.1 eV的强烈局域化的石墨烯等离子体的存在。使用小的发射器，提供高的波矢量激发石墨烯等离子体在光学频率所需的，我们证明了石墨烯等离子体诱导的激发增强近3个数量级。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonequilibrium plasmons with gain in graphene
石墨烯支持强约束的横向磁片等离子体激元，其光谱特性取决于狄拉克粒子的能量分布。问题是，当石墨烯被泵入反转状态时，等离子体振子是否会被放大。在建立动态非平衡极化率的理论时，我们能够确定光反转石墨烯的精确复频率等离子体激元色散，并研究掺杂、碰撞损耗和温度对等离子体激元增益的影响。我们自洽地计算了自发发射谱和载流子复合率，并与基于费米黄金法则的近似结果进行了比较。我们的研究结果表明，在现实条件下，等离子体激元的放大是可能的，但不可避免地与超快自发发射竞争，这对于本征石墨烯来说，比以前估计的快5倍。这项工作对非平衡等离子体激元的性质有了新的认识，并可能有助于基于石墨烯的有源等离子体激元器件的实验实现。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall
Tailoring Drug Mobility by Photothermal Heating of Graphene Plasmons
我们提出了一种理论方法来定量确定光热驱动的增强红外激光照射下的石墨烯-吲哚美辛混合物的分子流动性。石墨烯等离子体吸收入射的电磁能量并将其消散为热量。吸收的能量取决于石墨烯等离子体的光学性质，这是敏感的结构参数，和浓度的等离子体纳米结构。利用理论模型，计算了不同浓度石墨烯等离子体激元作用下，药物本体的温度梯度。从这些，我们确定的结构分子松弛和扩散的吲哚美辛的温度依赖性，并找到如何加热过程显着提高药物的流动性。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plasmon-phonon Strongly-Coupled Mode in Epitaxial Graphene
我们报告的色散测量，使用角分辨反射电子能量损失光谱（AREELS），在二维（2D）等离子体在单层和多层石墨烯的表面光学声子（FK声子）模式的碳化硅衬底强烈耦合。耦合模在单层和双层石墨烯中表现出离散的色散行为。随着SiC（0001）上石墨烯层的增加，观察到从类等离子体激元分散到类声子分散的转变。对于类等离子体激元模，色散在进入单粒子连续区时被电子-空穴对激发强烈阻尼，而类声子模是无阻尼的。在没有耦合的区域中，石墨烯2D等离子体表现出具有线性色散的声学行为，其斜率和阻尼由费米表面拓扑结构确定。
2009-10-14 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: Challenges and Opportunities
石墨烯等离子体激元正迅速成为一种可行的工具，用于快速电操纵光。与传统的等离子体材料相比，这些激发的特征是相对较低的损耗水平和高度的空间限制，这进一步刺激了在纳米级的电光调制、光学传感、量子等离子体、光捕获、光谱光度学和可调谐照明的应用前景。我们首先对扩展石墨烯中的等离子体激元进行了一般性描述，然后通过分析方法对等离子体激元能量和石墨烯纳米结构（包括石墨烯带）中与外部光耦合的强度进行了合理准确的估计。我们讨论了几种可能的策略，以扩展这些等离子体向可见光和近红外，包括在石墨烯结构的尺寸减小和掺杂水平的增加。具体来说，我们讨论了等离子体激元在窄带和分子大小的石墨烯结构。我们进一步制定处方的基础上的几何形状，以增加静电掺杂的水平，而不会导致电击穿。结果还提出了在高掺杂的单壁碳纳米管，表现出类似的特性作为窄带，并表现出相对较小的依赖于管的手性等离子体。我们进一步讨论了完美的光吸收的单原子碳层，我们说明了调查阵列的丝带使用完全解析表达式。最后，我们探讨了利用石墨烯中的光泵浦瞬态等离子体激元的可能性，由此光学加热的石墨烯价带可以维持与高度掺杂的石墨烯类似的集体等离子体激元振荡，并且在电子处于升高的温度的皮秒时间窗口期间定义良好。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
