Surface plasmon polaritons in topological insulator
研究了拓扑绝缘体-真空界面上的表面等离子激元。当铁磁耦合导致时间反演对称性破缺时，表面态表现出磁光克尔效应。这种效应产生了一种新的横向型表面等离子体激元，除了纵向型。具体地说，这两种类型包含三个不同的通道，对应于菲涅耳反射矩阵行列式的极点。所有三个通道的表面等离子激元显示紧密的限制，长寿命，并显示出强烈的光-物质耦合的偶极发射。
2014-04-18 cond-mat.mes-hall
Chiral edge plasmons in quantum anomalous Hall insulators
Beijing Forestry University（北京林业大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究发现贝里曲率使量子反常霍尔绝缘体中沿相反方向传播的边缘等离激元分裂，即使陈数为零时也存在单向边缘等离激元，其群速度符号在大波矢下反转，为近期实验观测提供了定量解释。
2024-04-22 cond-mat.mes-hall
Double-layer graphene and topological insulator thin-film plasmons
我们提出了耦合无质量狄拉克二维电子系统的光学和声学等离子体激元集体模式的数值和分析结果。我们的研究结果适用于拓扑绝缘体（TI）薄膜和两个石墨烯片由薄的电介质阻挡层分开。我们发现，由于强体介电屏蔽TI声学模式被锁定到顶部的粒子-空穴连续，因此可能无法观察到。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Spin-charge separation of plasmonic excitations in thin topological insulators
我们讨论了拓扑绝缘体薄板中的等离子激元激发。在两层表面态没有杂化且电子密度相同的情况下，顶层和底层之间的静电耦合导致光和声等离子体激元，它们是纯粹的电荷和自旋集体振荡。然后，我们认为最近关于Bi 2Se 3的等离子体激元激发的实验[Di Pietro等人，Nat. Nanotechnol. 8，556（2013）]必须通过包括两个表面下方的耗尽层的二维电子气的电荷响应来解释。我们还提出了一个分析公式来拟合他们的数据。
2013-11-28 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
Propagation of Surface Plasmon Polaritons in Thin Films of Topological Insulators
研究了表面等离子激元在拓扑绝缘体薄膜中的传播。所考虑的材料是第二代三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$、Bi $_2$ Te $_3$和Sb $_2$ Te $_3$。色散关系和传播长度的数值估计，考虑到拓扑绝缘体以及基板使用Drude-Lorentz模型的体介电函数的变化。确定了影响传播长度的关键因素，并提出了修改色散关系的方法。对Bi $_2$ Se $_3$的实验数据与理论值之间的明显差异提出了解释。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall
Observation of Dirac plasmons in a topological insulator
等离子体激元是金属和杂质半导体中电子的量子化集体振荡。很长一段时间以来，普通的大质量电子的等离子体激元是等离子体激元学和光学超材料研究的基本成分。相反，最近在纯二维电子系统（2DEG）（如石墨烯）中观察到了无质量狄拉克电子的等离子体，它们的特性有望成为太赫兹和中红外频率范围内的新型可调谐等离子体超材料。狄拉克准粒子也存在于二维电子气中，由于强的自旋-轨道相互作用，二维电子气形成于拓扑绝缘体的表面。因此，人们可以通过使用红外光谱来寻找它们的集体激发。在这里，我们首先报告了在拓扑绝缘体（Bi 2Se 3）中的等离子体激元激发的证据，该等离子体激元激发被设计成不同宽度W和周期2 W的薄微带阵列以选择等离子体激元波矢量k的合适值。他们的线形被发现是非常强大的温度在6和300 K之间，正如人们可能期望的拓扑载流子的激发。此外，通过改变W并在太赫兹范围内测量等离子体频率vP与k的关系，我们可以在不使用任何拟合参数的情况下表明，色散曲线与狄拉克等离子体的预测定量一致。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall
Control of Plasmons in Topological Insulators via Local Perturbations
我们使用一个完全量子力学的方法来证明控制等离子体激元激发的原型模型的拓扑绝缘体的分子尺度扰动。强局域表面等离子体存在于主机系统中，所产生的拓扑非平凡的单粒子边缘状态。对扰动系统RPA方程的数值计算揭示了所加分子的位置和内部电子结构如何影响局部受限集体激发的简并性，即，移动主体系统的等离子体激元能量并改变它们的空间电荷密度分布。特别是，我们确定的条件下，发生显着的电荷转移从主机系统添加的分子。此外，在扰动拓扑系统由于外部电场的诱导场能量密度的确定。
2021-08-19 cond-mat.mes-hall
Plasmon-polaritonic quadrupole topological insulators
四极拓扑绝缘体是一种具有Wannier带拓扑结构的高阶拓扑相，但在等离子体超材料中尚未实现。在这里，我们提出了一个晶格的等离子体激元极化激元纳米腔，可以实现四极拓扑绝缘体通过利用菊花状纳米腔之间的耦合的几何依赖的符号反转。所设计的系统表现出各种拓扑和平凡的相位，其特征在于嵌套的Wannier带和拓扑四极矩，可以通过纳米腔之间的距离来控制。我们的研究为具有四极拓扑结构的等离子体拓扑超材料开辟了一条道路。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Plasmonic detection of the parity anomaly in a two-dimensional Chern insulator
本文通过分析二维宇称反常陈绝缘体中的表面等离激元色散关系，揭示了体拓扑与色散的联系，并发现拓扑非平凡情况显著改变色散曲线，为探测宇称反常提供了等离激元途径。
2023-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz tuning of Dirac plasmons in Bi$_2$Se$_3$ Topological Insulator
光可以通过与等离子体激元（出现在金属和半导体中的集体电子模式）的相互作用而被强烈地限制在亚波长空间区域中。这种限制在太赫兹光谱区域中特别重要，它放大了光与物质的相互作用，并为有效地产生非线性光学现象提供了强大的机制。这些效应在狄拉克材料如石墨烯和拓扑绝缘体中特别相关，其中无质量费米子在太赫兹范围内表现出自然的非线性光学行为。到目前为止，我们都是从光的角度考虑强相互作用的情况。在本文中，我们研究的是强相互作用对等离子体激元本身的影响。特别是，我们将表明，狄拉克等离子体在Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体强烈重整化时，激发高强度太赫兹辐射显示一个巨大的红移下降到其特征频率的60%。这为基于拓扑绝缘体的可调谐太赫兹非线性光学器件开辟了道路。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
Plasmons in Two-Dimensional Topological Insulators
我们使用无规相位近似分析二维拓扑绝缘体模型中的集体激发。在一个二维扩展的Su-Schrieffer-Heeger模型中，边缘等离子体激元激发与诱导的电荷密度分布定位在系统的边界处被发现在拓扑非平凡的阶段，分散类似于一维体等离子体激元在传统的Su-Schrieffer-Heeger链。对于二维散装集体模式，我们揭示了制度的增强带间波函数的相关性，导致特性硬化和软化的带间和带内体等离子体分支，分别。在二维的Halen-Chern绝缘体模型中，观察到纳米带结构中的手性、单向边缘等离子体激元，其特征在于有效的库仑相互作用截面。在二维Haldron模型中，体集体激发是由不同拓扑相的单粒子能带结构细节引起的。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable THz Surface Plasmon Polariton based on Topological Insulator-Layered Superconductor Hybrid Structure
从理论上研究了三维强拓扑绝缘体（TI）与层状超导-磁绝缘体结构界面处的表面等离子体激元（SPP）。当层状结构的磁导率变高时，通过电子掺杂可以增强SPP的可调谐性。当界面被超导或垂直磁性带隙时，SPP色散进一步畸变，并伴随着群速度和穿透深度的移动。当费米能级接近能隙值时，SPP的位移达到最大值，并可能产生可观测的效应。在TI表面附近的层状超导体与磁性材料之间的界面处的可调谐SPP可能为Majorana费米子的探测提供新的见解。
2014-03-05 cond-mat.mes-hall
Surface plasmons on a thin film topological insulator
最近，已经表明，由3+1维拓扑绝缘体和金属之间的界面或具有残余体载流子的3+1维拓扑绝缘体和真空之间的界面支持的表面等离子体激元具有与它们的拓扑平凡对应物相比旋转精细结构常数α的有序角的极化。在这项工作中，我们将这种分析推广到更现实的情况下，薄膜，考虑到多次反射的影响。在对称的情况下，由相同的材料包围的薄膜的两侧的两个允许的表面等离激元模式的偏振是不变的，从单界面的情况下，即使它们的色散关系被改变的两个表面层之间的相互作用。在一般的不对称情况下，角度也会受到影响。我们给出了一个简单的解析表达式的谐振条件，确定的角度和解决它的情况下，几乎相同的介电常数的两个介质之间的薄膜微扰。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall
Localized Plasmons in Topological Insulators
我们研究了在一个完全量子力学的方式如何多体激发光谱的拓扑绝缘体的存在下的长程库仑相互作用的影响。在一维的Su-Schrieffer-Heeger模型及其镜像对称变体中，观察到了强局域等离子体激元激发，这些激发起源于拓扑非平凡的单粒子态。这些\textit{"topological plasmons"}继承了它们的组成拓扑单粒子状态的一些特性，但是由于在极化函数中混合了非拓扑体单粒子状态，它们不能同样很好地防止无序。有效库仑相互作用的强度也被证明有强烈的影响等离子体激元模式。此外，我们展示了如何通过介电屏蔽和施加电场具有不同的对称性的外部修改可以用来研究拓扑等离子体，从而允许我们的原子预测的实验验证。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Study of spin plasmons on the surface of a topological insulator based on spin quantum hydrodynamics
从Dirac方程出发，导出了三维拓扑绝缘体（TI）表面Dirac电子的相对论量子流体力学方程，并进行了数值求解，研究了自旋等离子体激元. TI的表面由垂直磁场和由铁磁绝缘（FI）条阵列提供的脉冲交换场调制。模拟和分析了二维狄拉克电子气中集体密度和速度的振荡。结果表明，在自旋等离子体激元中，集体电子的密度和动量受到自旋态的调制。在实验室条件下，可以对这种振荡进行直接的实验观察。
2014-05-24 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Thickness tunable quantum interference between surface phonon and Dirac plasmon states in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
我们报道了Bi 2Se 3薄膜的拉曼响应在激光光子能量从2.33 eV（532 nm）切换到1.58 eV（785 nm）时的>100倍增强，这是由于在~1.5 eV的共振能量下与狄拉克表面态（SS）的直接光学耦合（厚度无关的增强）和由于非线性激发的狄拉克等离子体激元（厚度相关的增强）。由于直接的光耦合，我们观察到一个与Dirac SS连续网络相关联的六边形排列的Se原子的面内声子模。该模式揭示了厚度小于15 nm的薄膜的Fano线形，这是由表面声子和狄拉克等离子体激元态之间的量子干涉引起的。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Optical Observation of Coherent Acoustic Dirac Plasmons in Thin-Film Topological Insulators
具有类声线性色散的低能电子集体激发在实验和理论上都得到了广泛的研究。然而，在时域测量中出现的相干声等离子体模式很少观察到由于单粒子连续朗道阻尼。在这里，我们报告的观察相干声学狄拉克等离子体（CADP）模式激发间接（静电）对表面耦合薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3。使用瞬态二次谐波发生，一种能够独立监测膜中的面内和面外电子动力学的技术，观察到GHz范围的振荡，而没有相应的瞬态反射率振荡。这些振荡被分配到由倏逝引导兰姆声波引起的横向磁和横向电引导CADP模式，并且由于相对表面狄拉克状态之间的费米子隧穿而保持朗道无阻尼。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall
Control of plasmonic nanoantennas by reversible metal-insulator transition
纳米光子（纳米等离子体）结构限制，引导和集中在纳米尺度上的光。纳米光子学的发展关键取决于对这些现象的主动纳米控制。二氧化钒（VO 2）的绝缘体和金属相的局部控制将通过调制纳米光子结构的局部介电环境，使它们能够用作有源器件，从而开辟纳米光子学的应用领域。在这里，我们展示了动态可逆控制VO 2绝缘体到金属的过渡（IMT）本地的规模为15纳米或更小和控制的纳米天线，在近场观察到的第一次。利用偏振选择性近场成像技术，我们同时监测了VO 2中的IMT和金红外纳米天线上等离子体激元的变化。金属VO 2的结构化纳米畴局部地且可逆地将红外等离子体偶极天线转变为红外等离子体偶极天线。从根本上说，VO 2中的IMT可以在飞秒时间尺度上触发，以实现对光学现象的超快纳米级控制。这些独特的功能在主动纳米光子学中开辟了令人兴奋的新应用。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall
Laser-driven parametric instability and generation of entangled photon-plasmon states in graphene and topological insulators
我们表明，一个强的红外激光束倾斜入射到石墨烯可以经历一个参数不稳定性衰减成低频（闲频）光子和太赫兹表面等离子体。这种不稳定性是由于石墨烯的空间色散引起的强烈的面内二阶非线性响应。参量衰减导致THz等离子体激元的有效产生，并引起闲频光子和表面等离子体激元态的量子纠缠。类似的过程可以由拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的表面态支持。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Control of 2D plasmons in the topological insulator Bi2Se3 with highly crystalline C60 overlayers
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Tyndall National Institute（廷德尔国家研究所）；University of Leeds（利兹大学）；SuperSTEM, SciTech Daresbury Science and Innovation Campus（超级扫描电子显微镜站，达尔斯伯里科学与技术创新园区）；University College Cork（科克大学学院）
通过Bi₂Se₃与结晶C₆₀薄膜的电荷转移，实现对二维等离子体的可调控制，为等离子体应用提供新的工程方法。
2024-10-31 cond-mat.mes-hall
Plasmon generation through electron tunneling in twisted double-layer graphene and metal-insulator-graphene systems
通过远场光学照明产生高度受限的等离子体激元对于技术应用似乎是不切实际的，这是由于它们与外部光的大的能量-动量失配。等离子体激元的电产生提供了一个可能的解决方案，这个问题，虽然它的性能取决于材料和几何参数的仔细选择。在这里，我们从理论上研究了石墨烯基结构，并特别显示了（i）由电介质分隔的两层石墨烯和（ii）金属$|$绝缘体$|$石墨烯三明治作为非弹性电子隧穿辅助的传播等离子体激元的发生器之间的非常不同的性能。对于双层石墨烯，我们研究了两个片之间的相对倾斜角的依赖性，并表明$4^\circ$扭转角的等离子体激元产生效率下降到其最大值的$\sim20$ \%，以完美堆叠。对于金属$|$绝缘体$|$石墨烯夹层，非弹性隧穿效率相对于双层石墨烯下降了几个数量级，而不管掺杂水平、金属$|$石墨烯分离、金属的选择和隧穿方向（金属到石墨烯或来自石墨烯）如何，我们将这一结果归因于由石墨烯狄拉克锥覆盖的表面投影金属布里渊区的小部分。我们的研究结果揭示了一个合理的容忍石墨烯晶格错位和涉及金属的结构的性能差，从而支持使用双层石墨烯作为一个最佳选择的电等离子体产生隧穿器件。
2019-02-26 cond-mat.mes-hall
Plasmonics of Topological Insulators at Optical Frequencies
纳米等离子体器件的发展，如等离子体电路和超材料超透镜在可见光到紫外线频率范围内，受到缺乏低损耗等离子体介质的阻碍。最近，在一类拓扑绝缘体中发现了强等离子体激元响应。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了拓扑绝缘四元（Bi，Sb）2（Te，Se）3三硫族化合物的介电函数.体等离子体性质，占主导地位的带间跃迁，观察到从2-3 eV，并延伸到更高的频率。此外，在蓝色和UV波长下，三硫属化合物是比金和银更好的等离子体介质。通过分析薄板，我们还表明，这些材料表现出拓扑保护的表面状态，这是能够支持传播等离子体极化激元模式在一个非常宽的光谱范围内，从可见光到中红外线及以上，由于组合的表面间和内带跃迁。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Coherent Dirac plasmons in topological insulators
我们研究了五层厚的Sb $_2$ Te $_3$拓扑绝缘体中光生耦合声子-表面狄拉克等离子体的超快反射响应。在不同的时间框架下获得的瞬态相干声子谱表现出Fano型的非对称线型的$A^2_{1g}$模式，这归因于连续相干Dirac-plasmon和声子之间的量子干涉。通过使用双温度模型（TTM）分析时间依赖的非对称线形，确定了在光激发后Fano类共振持续到$\approx$ 1 ps，其中在$\leq$ 200 fs处的弛豫轮廓由高斯衰减主导。对于$\geq$ 200 fs，TTM可以很好地描述非对称性参数，因此表明狄拉克等离子体的相干时间为$\approx$ 200 fs.
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
On Topological Kondo Insulator Plasmonics
研究了体拓扑Kondo绝缘体系统周期Anderson模型中的表面态等离子体，其中强关联f电子被弱关联d电子屏蔽，在从玻色子协议的框架下进行了平均场理论计算.我们包括磁性杂质的影响，以及不作为散射剂在我们的计划，由于它们的交换相互作用包括在频带色散。这种相互作用在具有无隙狄拉克色散的表面态处打开了一个能隙。我们发现，体绝缘连同表面金属性是可能的系统，虽然只有在要求强的f-电子本地化的条件下。在我们的报告中，带隙表面态的带内和带间声等离子体激元的可能性存在。这些等离子体激元的大量金属丰度和强的监禁能力的主导地位是本工作的其他显着成果。
2019-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Controlling surface charge and spin density oscillations by Dirac plasmon interaction in thin topological insulators
我们研究了薄拓扑绝缘体支撑的光学和声学等离子体激元模在红外和太赫兹频率的选择性激发。这些模式的特点是有效的净电荷或净自旋密度，分别，我们研究了它们的激发相结合的多体和电磁计算。我们首先表明，非局域性可以显着修改等离子体响应：它改变了传播等离子体的能量高达百分之几十。然后，我们讨论如何，通过改变偶极源和半无限的10 nm薄膜之间的距离，它是可能的控制激发的声学和光学传播等离子体，它可以传播超过几个等离子体波长的距离。此外，我们考虑10 nm薄TI纳米盘和研究的声学和光学局部等离子体激元模式的激发点偶极子源和平面波照明，分别。共振等离子体激元模式出现在强烈依赖于盘的大小的频率处，并且可以通过应用静电门控来潜在地调谐以修改在TI的界面处形成的导电二维层的费米能量。通过改变费米能从250 meV到350 meV，我们观察到了从~29 $μ$ m到~34 $μ$ m的谱移。最后，这些等离子体激元模式的电磁能量可以被限制在非常小的区域内，对于所考虑的较小圆盘，有效体积为~（120 nm）^3，远小于自由空间波长的立方$λ$ ^3 ~（35000 nm）^3。强约束对于实现与附近系统的非常有效的耦合是期望的。因此，我们的详细研究表明，薄的拓扑绝缘体是一个有前途的系统，以控制与等离子体共振相关的自旋和电荷振荡，与快速，紧凑和电控自旋电子器件的可能应用。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall
Phonon-mediated strong coupling between a three-dimensional topological insulator and a two-dimensional antiferromagnetic material
研究三维拓扑绝缘体与二维反铁磁材料间的强耦合，发现声子介导作用使表面狄拉克等离子体极化激元与磁振子极化激元形成杂化模式，可通过调节TI厚度增强耦合。
2022-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Plasmon-enhanced electron-phonon coupling in Dirac surface states of the thin-film topological insulator Bi2Se3
拉曼光谱测量了Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜中与狄拉克表面态（SS）相关的Fano型表面声子模，确定了狄拉克SS中电子-声子耦合强度随薄膜厚度的变化范围为2 ~ 40 nm。在8 - 10 nm厚的薄膜中，电子-声子耦合强度呈现出非单调的增强现象，最大值出现在薄膜中。的非单调性建议起源于等离子体-声子耦合，增强电子-声子耦合时，在狄拉克SS中的自由载流子密度随膜厚度的减小而增加，并成为抑制最薄的膜时，在平面和平面外的声子模式之间的非谐耦合发生。8 - 10 nm厚的Bi_2Se_3薄膜的Dirac SS中的电子-声子耦合增强了约4倍，这可能为这类材料的超导起源及其应用提供新的见解。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Plasmons in single- and double-component helical liquids: Application to two-dimensional topological insulators
在无规相位近似下，通过计算密度-密度波、自旋-密度波和自旋-自旋波，研究了单组分和双组分螺旋液体（HL）模型中的等离子体激元激发。分析了单组分HL系统中时间反演对称性破缺对带内等离子体色散关系的影响，并与传统的准一维电子气和扶手椅型石墨烯纳米带的情况进行了比较.在单组分HL的密度-密度波耦合的自旋-密度和密度-密度波的双组分HL的等效性在这里显示和解释，除了带内和带间等离子体激元激发在这两个系统之间的差异。由于双组分HL在物理上可以被认为是二维拓扑绝缘体中的Kramers对，因此我们提出的具有破缺时间反演对称性的单组分HL模型（这是一种人工构造）可以被视为在这个意义上的“有效”模型，并且其预测可以在未来的实验中在现实系统中得到验证。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Effect of Surface Plasmon Excitation in Gapped Isotropic Topological Insulator Nanowires
从轴子电动力学和修正的本构关系出发，对拓扑非平凡圆柱核与拓扑平凡周围材料界面处的表面等离子体激元（SP）进行了理论研究.我们发现拓扑效应总是导致SP能量的红移，而能量的红移随着核直径的减小而单调减小。基于经典微扰理论给出了一个定性的图像来解释这些现象，我们还推断，为了加强移动，两种材料的介电常数的倒数之间的差异应增加。我们还发现，周围的磁环境抑制拓扑效应。所有这些特征都可以用一个简单的反射表面波很好地描述，它与全电磁本征模很好地一致。此外，通过高分辨电子能量损失谱图像测量，得到半导体Bi_2Se_3纳米粒子的体等离子体激元能量为ω_{P}=17.5 \pm 0.2eV。
2013-09-24 cond-mat.mes-hall
Plasmons in topological insulator cylindrical nanowires
本文对拓扑绝缘体纳米线中的狄拉克磁等离子体激元进行了理论分析。我们讨论了一个圆柱形的几何形状，贝里相位效应诱导开放的间隙在中性点。考虑到表面电子波函数在以前的论文中介绍和内的随机相位近似，我们提供了一个解析形式的动态结构因子。色散和光谱权重的狄拉克等离子体的研究与不同的圆柱体的半径，表面掺杂，和外部磁场的强度。我们发现，在零表面掺杂，带间阻尼类等离子体激元激发形成在表面和生存在低电子表面掺杂（$\sim 10^{10} cm^{-2} $）。然后，我们指出，当外加接近半量子通量的磁场时，等离子体激元激发对Berry相隙闭合是敏感的。实际上，在施加磁场时，在较低能量下观察到明确的磁等离子体峰。最后，表面掺杂的增加诱导从阻尼带间到尖锐带内磁等离子体激元的交叉，如对于大半径和掺杂（$\sim 10^{12} cm^{-2}$）所预期的，其接近二维表面的适当极限。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Velocity and confinement of edge plasmons in HgTe-based 2D topological insulators
本研究通过GHz谐波激发与相位分辨检测，测量HgTe拓扑量子阱在QSH和QH体系下的边缘等离激元速度，发现低速度源于边缘电荷puddle的影响，揭示其是边缘输运的主要阻碍。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
The effects of retardation on the topological plasmonic chain: plasmonic edge states beyond the quasistatic limit
我们研究了一个一维等离子体系统与非平凡的拓扑结构：一个链的金属纳米粒子与交替的间距，这是等离子体类似的苏-Schreiffer-Heeger模型。我们扩展了以前的努力，包括长距离跳跃延迟和辐射阻尼，这导致一个非厄米哈密顿频率依赖性。我们计算了能带结构的数值和拓扑特征，如量子化Zak相位持续由于手征对称性。这预测参数导致拓扑保护的边缘模式，这允许在拓扑界面处定位无序鲁棒热点，开辟了新的纳米光子学应用。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall
Dielectric screening of surface states in a topological insulator
在拓扑绝缘体表面存在的螺旋狄拉克费米子的色散曲线中，存在着各向异性。动量项的次占优二次项导致导带和价带之间的不对称。也可以通过磁性掺杂打开间隙。我们展示了这些不同的修改狄拉克光谱改变的表面态的偏振函数，并采用我们的结果来讨论它们对等离子体激元的影响。在长波长范围内，等离子体激元色散保持其对动量$\boldsymbol{q}$的平方根依赖性，但其斜率被修改，并且可以获得对$\boldsymbol{q}$方向的弱依赖性。此外，我们发现存在几个等离子体激元分支，其中之一是阻尼的所有值的$\boldsymbol{q}$，并提取等离子体激元散射率的代表性情况。
2014-01-10 cond-mat.mes-hall
3D Topological Plasmons in Weyl Semimetals
本文系统地研究了外尔半金属在磁场作用下的体等离子体、表面等离子体和边缘等离子体的性质。结果表明，在不同的表面上存在不同性质的单向等离子体激元，这与三维体等离子体激元的非平凡拓扑结构相一致。这些新颖的等离子体激元具有动量-位置锁，可以在表面之间运动。反常的霍尔电导率带来了丰富的各向异性等离子体激元色散，从线性到抛物线，甚至双曲线带。借助外尔轨道形成的半经典图像，我们指出在相对表面上的费米弧等离子体激元可以构成另一个独特的三维拓扑等离子体激元。此外，在拓扑结构的保护下，存在一个方向和位置可由外场控制的无带隙单向边缘等离子体激元。因此，我们的工作揭示了Weyl等离子体激元的拓扑特征，这可能在基于手性/拓扑等离子体激元的光电器件中具有重要的应用。
2020-12-31 cond-mat.mes-hall
Collective plasmonic excitations in double-layer silicene at finite temperature
我们探讨了n掺杂的双层硅烯系统的温度依赖的等离子体模式，该系统由两个空间上分离的单层硅烯组成，其距离足够大以防止层间电子隧穿。通过施加外加电场，我们在所谓的无规相位近似下数值计算得到了损失函数的极点，研究了温度和几何形状对三种不同体系中等离子体分支的影响：拓扑绝缘体、谷自旋极化金属和能带绝缘体。此外，我们提出了有限温度的数值结果，随着零温度的分析支持讨论的外部电场和温度对等离子体激元色散的不同影响。我们的研究结果表明，在零温度下，无论是声学和光学模式减少，通过增加所施加的电场和经验的不连续性在谷自旋极化金属相的系统从拓扑绝缘体带绝缘体的过渡。在有限的温度下，光学等离子体激元阻尼在这个不连续性和声学模式可以表现出连续的过渡。此外，虽然等离子体激元的光学分支随温度非单调且显著地变化，但对于硅烯的所有相，声学分支色散随温度显示出可忽略的增长。此外，我们的有限温度的结果表明，两个等离子体激元分支的层间分离的依赖性是不受温度的影响，在长波长的声学模式的能量略有变化，随着层间距离的增加，而光学模式保持不变。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
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
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
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
The effects of three-dimensional defects on one-way surface plasmon propagation for photonic topological insulators comprised of continuous media
研究了连续磁等离子体材料与金属界面上的单向表面等离子体激元（SPP）。我们证明了连续材料中的TM模可以被赋予类似于拓扑光子晶体的非平凡的陈数，而且这些陈数可以解析计算。这导致在磁等离子体的带隙内的频率传播的拓扑保护的表面模式的外观。以前的作品认为2D结构，在这里，我们考虑的3D缺陷的影响，并表明，虽然向后传播/反射不能发生，侧散射发生，它有显着的影响表面模式的传播。几种不同的波导几何形状被认为是减少侧散射的影响，我们也考虑了金属损耗的影响。
2016-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Towards twisted, topological, and quantum graphene plasmonics
University of Porto（波尔图大学）；University of Minho（米尼奥大学）；International Iberian Nanotechnology Laboratory（国际伊比利亚纳米技术实验室）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）
本文研究了基于石墨烯的等离子体系统量子和拓扑性质，探讨了单层石墨烯、扭曲双层石墨烯及其他石墨烯堆叠材料，以及石墨烯基光栅、网格、石墨烯盘链和三角形晶格等结构的等离子体特性。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall
A robust and efficient model for transmission of surface plasmon polaritons onto metal-insulator-metal apertures
提出了一个简单而精确的模型，用于有限金属-绝缘体-金属（MIM）波导中的表面等离子体激元（SPP）传输到孔径的侧面，并证明比现有的模型更准确。这是一样简单的使用磁电流密度在平面上的孔，其值是定义的SPP与任何数量的模式在波导中通过等效原理。然后，从等效电流密度和格林函数的卷积积分中提取孔径两侧产生的SPP。因此，该模型提供的SPP在MIM的孔的侧壁的透射系数准确和有效的，不仅为对称的MIM与一个单一的隔离层，但也为非对称的多层绝缘材料。结果是在很好的协议与FDTD方法得到的，并优于其他近似文献中提供了广泛的孔径宽度。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Collective excitations on a surface of topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体激发。螺旋液体中的电子服从无质量无粒子的类狄拉克方程，其自旋方向严格由其动量决定。由于这种自旋动量锁定，系统中的集体激发表现为耦合的电荷和自旋密度波。我们发展了螺旋液体中自旋等离子体激元的量子场论描述，并研究了它们的性质和内部结构。计算了自旋等离子体激元激发时系统的自旋极化率。我们还考虑了自旋等离子体激元对磁性杂质和非磁性杂质以及外电势的散射，并表明散射主要发生在两个旁瓣中。与狄拉克电子气在石墨烯的类比进行了讨论。
2011-10-18 cond-mat.mes-hall
Dynamical Polarization Function, Plasmons and Screening in Silicene and Other Buckled Honeycomb Lattices
我们探索了石墨烯类二维凯恩-梅勒拓扑绝缘体的介电性质，其表现在弯曲的蜂窝晶格中（例如，硅烯、锗烯等）。子晶格之间的现场电势差（$Δ_z$）的影响给予特别关注。我们提出的结果的实部和虚部的动态极化函数。我们表明，这些结果显示三个制度（拓扑绝缘体，谷自旋极化金属，平凡带绝缘体）的功能，并可用于提取信息的内在自旋轨道耦合的强度。我们研究了逆介电函数，并提供了等离子体激元分支的数值结果。我们讨论的等离子体激元的行为作为一个函数的亚晶格电势差，并表明，作为$Δ_z$的等离子体激元分支的行为是不同的是依赖于相对于间隙的化学势的位置。静态极化进行了讨论，并提供了带电杂质的筛选的数值结果。我们观察到一个跳动的现象，在有效电位是依赖于$Δ_z$。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
Tunable Intrinsic Plasmons due to Band Inversion in Topological Materials
能带反转在拓扑绝缘体和拓扑半金属中产生了丰富的物理效应。研究发现，具有墨西哥帽色散的反向能带结构可以增强带间关联，从而导致强的本征等离子体激元激发。它的频率范围从几个$\mathrm{meV}$到几十个$\mathrm{meV}$，并且可以通过外场进行有效的调谐。电子-空穴不对称项将等离子体激元激发的峰分裂成双峰。这种等离子体激元激发的命运和性质也可以作为探针来表征即使在轻掺杂系统中的拓扑相。我们数值模拟了带反转对三维强拓扑绝缘体，V-或Cr-掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$，支持量子反常霍尔态的磁掺杂薄膜中的等离子体激元激发的影响。因此，我们的工作揭示了一些新的光拓扑材料在等离子体激元的潜在应用。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall
Topological insulator materials for advanced optoelectronic devices
拓扑绝缘体是具有绝缘体态和拓扑保护的金属表面态的量子材料，该金属表面态具有自旋和动量螺旋锁定以及Dirac类能带结构。在拓扑绝缘体材料中观察到了量子自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应、拓扑磁电效应、磁共振像和马约拉纳费米子等独特而迷人的电子性质。这些独特的性质使拓扑绝缘体材料在自旋电子学、量子信息处理以及高效率、低能耗的磁电器件等方面具有巨大的应用潜力。另一方面，拓扑绝缘体材料还表现出许多优异的光学性质，包括克尔和法拉第旋转、体折射率、近红外频率透明性、不寻常的电磁散射和超宽带表面等离子体共振。具体而言，狄拉克等离子体激元激发已被观察到Bi2Se3微带阵列在太赫兹频率。在Bi_（1.5）Sb_（0.5）Te_（1.8）Se_（1.2）晶体的纳米缝和纳米锥阵列中观察到了紫外和可见光等离子体激元。在Bi2Se3纳米片中观察到高透明度。在Bi_（1.5）Sb_（0.5）Te_（1.8）Se_（1.2）晶体和Sb_2Te_3薄膜中都观察到了折射率为0.01的非线性折射率。这些优异的光学性质意味着拓扑绝缘体材料适用于各种光电子器件，包括等离子体太阳能电池、全息图、等离子体和菲涅耳透镜、宽带光电探测器和纳米级波导。本章重点介绍拓扑绝缘体材料优异的电学和光学性质及其在先进光电子器件中的广泛应用。
2018-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dirac plasmon polaritons and magnetic modes in topological-insulator nanoparticles
本文通过Mie理论发现拓扑绝缘体纳米球中存在高磁Purcell因子的磁模式，并揭示狄拉克等离激元极化激元显著增强量子发射体的跃迁，使Bi2Se3纳米球成为增强光-物质相互作用的优选材料。
2024-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-polaron of the topological metallic surface states
本文报道了二维电子气占据三维拓扑晶体表面态的等离子体激元-极化子模。由于表面电子与体声子的强相互作用，这种新的低频声学等离子体激元模式从传统的自旋等离子体激元模式中分裂出来。我们表明，在传统的自旋等离子体激元的情况下，这种模式的散射强烈抑制在相空间的某些区域。拓扑保护的这种签名导致在布里渊区边界处的无Umklapp模式色散。这种等离子体激元极化子模式最近确实在拓扑金属Be 2 Se 3中观察到。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust manipulation of light using topologically protected plasmonic modes
我们提出了一种拓扑等离子体激元晶体结构的阵列的平行纳米线具有不等的间距。在傍轴近似中，描述光沿着纳米线传播的亥姆霍兹方程映射到Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的薛定谔方程。使用全三维有限差分时域解的麦克斯韦方程组，我们证明了存在的拓扑缺陷模式，与亚波长本地化，绑定到扭结的等离子体晶体。此外，我们表明，通过操纵扭结，我们可以构建空间模式过滤器，耦合体模拓扑缺陷模式，和拓扑分束器耦合两个拓扑缺陷模式。最后，我们表明，该结构是强大的制造误差与长度尺度的倒数小于拓扑带隙。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall
Ultracompact Vanadium Dioxide Dual-Mode Plasmonic Waveguide Electroabsorption Modulator
亚波长调制器在集成光电子电路中起着不可或缺的作用。由于光与物质之间的相互作用很弱，因此开发具有纳米尺寸、低开关能量、低插入损耗和大调制深度的调制器一直是一个挑战。在本文中，我们提出了一个二氧化钒双模等离子体波导电吸收调制器的设计使用金属-绝缘体-VO $_2$ -绝缘体-金属（MIMIM）波导平台。通过改变二氧化钒的折射率，调制器可以在“接通”状态期间路由等离子体波通过低损耗电介质绝缘体层，并且在“断开”状态期间路由等离子体波通过高损耗VO $_2$层，从而显著降低插入损耗，同时保持大的调制深度。例如，这种超紧凑波导调制器可以实现~ 10 dB的大调制深度，有源尺寸仅为200 × 50 × 220 nm $^3$（或~λ $^3$ /1700），需要~4.6V的驱动电压。这种高性能的等离子体调制器可能是下一代芯片技术中完全集成等离子体纳米电路的关键之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon reflections by topological electronic boundaries in bilayer graphene
在双层石墨烯中分隔AB和BA层间堆叠区域的畴壁作为结构孤子、拓扑电子边界和纳米级等离子体散射体的新例子引起了人们的注意。我们表明，强耦合域壁的红外纳米成像实验中观察到的表面等离子体是由于拓扑手性模式局限于墙壁。这些手征模之间的光学跃迁和连续带增强了局域交流电导率，这导致了畴壁的等离子体反射。成像揭示了两种等离子体驻波干涉图案，我们归因于剪切和拉伸畴壁。我们计算的电子结构的两个壁品种，并表明，拉伸壁包含额外的限制带产生的局部导电性的结构特定的对比。计算的等离子体干涉轮廓与我们的实验定量一致。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall
Interaction of magnons with plasmons in a system of antiferromagnetic insulators coupled to a superconductor microwave cavity through the interfacial exchange interaction
超导体可以通过由超导电流感生的磁场与磁体相互作用。然而，这种相互作用是相当弱的，需要相对较大的磁体来达到微波电磁模式与磁振子的相当大的混合。利用磁体和超导体中自旋之间的大界面交换相互作用，可以大大减小器件的尺寸。在自旋轨道耦合超导体中，这种相互作用可以通过三重态和单重态库珀对的混合传递到s波凝聚体。在本文中，我们从理论上考虑薄的反铁磁薄膜，使自旋补偿接触的超导导线，形成一个腔的Mooij-Schön等离子体波。导出了有效拉格朗日量，其中考虑了这些波与磁振子的相互作用。计算了混合磁振子-等离子体激元模的频率。还考虑了两个微磁体相距较远的系统，并计算了它们通过腔模的互耦合。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
