最新石墨烯表面等离子激发的基本性质PPT学习课件.ppt

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1、研究背景衍射极限纳米激光器spaser（Surfaceplasmonamplificationbystimulatedemissionofradiation），中文名字叫做等离激元激光器表面等离子激元SurfacePlasmons表面等离激元光子学Plasmonics金属衍射极限：波不能聚焦在小于波长一半的地方表面等离子波的波长远小于激发它的电磁波波长激发表面等离子波纳米激光器原理表面等离激元和Plasmonics表面等离激元（SurfacePlasmons）是由材料体系费米面附近电子跃迁所形成的

2、特殊电磁场行为，表现为金属、介质界面电子的集体振荡，具有电磁场增强效应、热吸收效应等，可应用于传统纳米尺度光电子器件，并有效增强其光电特性。表面等离激元光子学(Plasmonics)在现代光电器件的发展中起到日益增强的重要应用，可望用于提高电子器件的运算速度及克服光子器件的尺寸瓶颈。公元4世纪的罗马酒杯，现在藏于英国大不列颠博物馆炼金术士们在几千年前就已经不经意地掺杂金属物质，通过plasmonics的效应来制作有颜色的酒杯表面等离激元1957年，Ritchie第一次提出“金属等离子体”的概念19

3、58年，Stern和Farrell首次提出表面等离子体(SP)的概念并对SP模式谐振条件进行了研究1960年，Powell和Swan在实验中观察到金属表面等离激元的激发1968年，Otto和Kretschmann各自提出一种棱镜耦合的方法激发表面等离激元近年来，随着微纳加工技术的飞速发展，关于SPP的研究在波导结构、微腔结构和SPP激光器等方向均得到了突破性的进展。表面等离激元通过调整金属表面结构可以实现对表面等离激元的调制，进而实现对入射光波的调控，这种可调控性以及光波——表面等离激元的相互耦合

4、转换性质使其在亚波长光子器件的应用方面极具潜力。此外，近年来人们发现光在新型材料——石墨烯表面也能激发表面等离激元。由于石墨烯的电导率可以通过电极或掺杂等方式灵活调控，因此相比于金属，石墨烯在表面等离激元的研究中更具优势。e-e-等离激元：起源于电子间的长程库伦相互作用微观尺度上电子密度的起伏：电子气体相对于正离子背景的集体振荡!e-e-纳米颗粒中的电子气的集体振荡类比例子：容器中水波的振荡设电子气相对与正电背景的位移为x，则产生的电场为：作用在每个电子上的恢复力为-eE，电子气的运动方程为：对应

5、于频率为ωp的简谐振动的运动方程！在量子理论中，其振荡的能量ωp是量子化的，其能量量子称为等离激元。等离激元的经典描述表面等离激元局域在表面（界面）附近的电子密度振荡振荡波沿着表面方向传播真空-金属界面的等离激元对于满足Drude模型的金属-真空界面：BulkplasmonlightSurfaceplasmonRetardedregimeNon-retardedregime可得：群速：dω/dk传统plasmonics领域：贵金属金和银对金属要求：光学电导率实部较大，虚部较小；磁导率实部较小；欧姆

6、损耗较小金和银的问题：磁导率实部较大；与硅工艺不相容；光学性质可调性小；可见光和近红外表现好石墨烯特点石墨烯：高透明度，适合做ITO那样的电极光学电导率可调；中远红外（远红外即太赫兹段THz），欧姆损耗较小，等离子波寿命长长波极限下色散关系3D2D石墨烯载流子浓度关系3D2D石墨烯一般关系自由电子气模型下（Drude模型inSI）金属和石墨烯的差别金属Intraband碳纳米管Intrabandinterband石墨烯同碳纳米管金属和石墨烯透射率比较石墨烯：栅压调整光学电导率金属电极受栅压的影响D

7、rude模型ITO石墨烯与金属表面等离激元的色散关系比较Theend.Thankyou!