二维二元碳化硅纳米结构的等离激元激发

基于含时密度泛函理论,研究两种构型的二维二元碳化硅（SiC）纳米结构的等离激元激发.SiC纳米结构有两个等离激元共振带.由于键长的改变,相对于硅烯纳米结构和石墨烯纳米结构,SiC纳米结构的两个等离激元共振带分别发生蓝移和红移.一种SiC纳米结构的等离激元共振激发依赖于边界的构型和纳米结构形貌;另一种SiC纳米结构的等离激元共振激发对于边界构型和纳米结构形貌的依赖性降低.沿不同方向激发时,等离激元共振特性基本相同.     

单层磷化硼纳米结构中的量子等离激元激发

基于含时密度泛函理论(TDDFT)研究了单层磷化硼纳米结构中的等离激元激发。单层磷化硼纳米结构中有两个主要的等离激元共振带,一个等离激元共振带位于能量点3eV附近,另一个等离激元共振带位于能量点9eV附近。单层磷化硼纳米结构在光谱的可见光区存在等离激元共振。单层磷化硼纳米结构的边界构型(锯齿形边界和扶手椅边界)以及沿着激发光的偏振方向的边界宽度对单层磷化硼纳米结构吸收光谱有很大的影响。单层磷化硼纳米结构中等离激元模式是长程电荷转移激发。     

一维原子链局域等离激元的非线性激发

本文基于含时密度泛函理论, 研究了不同频率光脉冲场作用下一维钠原子链中电子的输运与等离激元共振之间的耦合规律. 在等离激元共振点附近约0.8 eV频率范围内的光脉冲场, 都可以激发体系的等离激元共振. 这些不同频率外场激发的等离激元共振强度大小在一个数量级. 外场频率越接近等离激元共振频率, 外场激起的等离激元振动的振幅越大. 对于线性原子链等离激元的非线性激发现象, 本文用经典谐振子模型给出了定性解释.     

三角形钠原子团簇中的表面等离激元

运用含时密度泛函理论研究等边三角形钠原子团簇中的表面等离激元激发.发现:在团簇尺寸较大时,沿三角形底边和底边中垂线方向激发的共振模式不同,然而沿两方向的吸收光谱线形一样,主要吸收峰的共振能量也相同.低能聚集共振在空间引起电场增强的极大值主要分布在三角形的端点附近.     

一组线性稠环芳香烃的等离激元激发

采用含时密度泛函理论,研究了一组线性稠环芳香烃量子点的等离激元激发.沿着线性稠环芳香烃所在的平面方向,体系中有两个主要的等离激元共振带:一个位于3.9 e V附近;另一个位于16 e V附近.随着线性稠环芳香烃长度的增加,在低能共振区,沿不同方向激发时,体系的吸收峰分别发生了蓝移和红移.此外,与并五苯相比,在低能共振区,一氯并五苯的吸收光谱的吸收峰发生了红移和展宽,其中氯原子位于并五苯的两端时对一氯并五苯等离激元激发影响较大.在低能共振区,线性稠环芳香烃的等离激元共振模式与石墨烯量子点相似.     

等离激元增强的石墨烯光吸收

石墨烯中等离激元具有特殊的光电性质,其和入射光的强烈耦合可以引起光吸收的增强.本文基于时域有限差分法和多体自洽场理论研究了等离激元对处于光学谐振腔中的石墨烯光吸收的影响.由于石墨烯中等离激元与入射光动量和能量不匹配而不能直接相互作用,因此石墨烯上施加了金属光栅结构.研究发现光栅结构能够对入射光进行动量补偿并且能够引起其下石墨烯中的电场强度产生很大程度增强,从而导致在该石墨烯结构中太赫兹等离激元和入射光发生强烈耦合而产生太赫兹等离极化激元,同时引起石墨烯光吸收的增强.希望本文能够加深对石墨烯光电特性的理解以及可以为基于石墨烯的太赫兹光电装置提供一定的理论依据.     

C_(60)富勒烯二聚物的等离激元激发

基于含时密度泛函理论,研究了C60富勒烯二聚物的等离激元激发.当两个C60分子靠近,分子之间的间隙较大,通过电容性相互作用时,二聚物的低能等离激元共振模式随着间隙的减小发生红移.进一步减小间隙时,由于电子的隧穿,C60富勒烯二聚物的等离激元共振模式发生了改变,长程电荷转移激发模式形成.与金属纳米结构二聚物不同,当再继续减小间隙时,长程电荷转移激发模式没有发生蓝移,而是继续红移.在可见光范围内,C60富勒烯二聚物有很强的吸收光谱.     

基于含时密度泛函理论的表面等离激元研究进展

纳米粒子的局域表面等离激元(LSP)由于其新颖的光学特性成为目前国内外研究的热点之一. 本文利用含时密度泛函理论(TDDFT)对金属团簇及石墨烯纳米结构中的等离激元激发及调制的物理本质进行了研究. 和宏观大小的材料相比, 由于纳米结构的尺寸和量子受限效应, 纳米结构的等离激元具有一些不同的特征. 在低能共振区, 光谱线发生展宽, 并且发生劈裂. 由于纳米单体间的电磁耦合作用, 使聚合的纳米结构表现出了与单体不同的光学性质. 这些结果为等离激元的调控提供了坚实的理论指导.     

基于石墨烯加载的不对称纳米天线对的表面等离激元单向耦合器

本文设计并数值研究了一种石墨烯加载的不对称金属纳米天线对结构.利用石墨烯费米能级的动态调控特性,实现了电控表面等离激元的单向传输.类似于传统的三明治型纳米天线结构,设计的不对称金属纳米天线对结构可以等效为两个共振的磁偶极子,由于磁偶极子辐射电磁波的干涉,将导致单向传输效应.通过计算腔中的电场分布,发现石墨烯的调谐能力与石墨烯区域的电场强度成正比关系.以上现象都可以通过等效电路模型进行理论解释.此外,该结构具有小尺寸、高效率、宽带宽和易于光电集成等优点,在未来的光子集成与光电子学领域将具有重要的应用.     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

Tunable localized surface plasmon resonances in one-dimensional h-BN/graphene/h-BN quantum-well structure

The graphene/hexagonal boron-nitride(h-BN) hybrid structure has emerged to extend the performance of graphenebased devices. Here, we investigate the tunable plasmon in one-dimensional h-BN/graphene/h-BN quantum-well structures.The analysis of optical response and field enhancement demonstrates that these systems exhibit a distinct quantum confinement effect for the collective oscillations. The intensity and frequency of the plasmon can be controlled by the barrier width and electrical doping. Moreover, the electron doping and the hole doping lead to very different results due to the asymmetric energy band. This graphene/h-BN hybrid structure may pave the way for future optoelectronic devices.     

Coulomb Screening and Plasmon Excitation in Graphene at Finite Temperature

By using the random phase approximation (RPA) in many-body perturbation theory, we calculate the polarization function of the electron gas in graphene at finite temperature. Based on this, we calculate the temperature dependent dielectric function ε(q). The thermal effect on ε(q) in various q regions is discussed. The temperature dependence is found to be quadratic. We also investigate the plasmon dispersion relation at finite temperature, with the zero-temperature relation as a special case. The result is in good agreement with recent experimental data.     

Anisotropic Intervalley Plasmon Excitations in Graphene

We investigate theoretically the intervalley plasmon excitations(IPEs) in graphene monolayer within the random-phase approximation. We derive an analytical expression of the real part of the dielectric function. We find a lowenergy plasmon mode with a linear anisotropic dispersion which depends on the Fermi energy and the dielectric constant of substrate. The IPEs show strongly anisotropic behavior, which becomes significant around the zigzag crystallographic direction. More interestingly, the group velocity of IPE varies from negative to positive, and vanishes at special energy.     

Secondary plasmon resonance in graphene nanostructures

The plasmon characteristics of two graphene nanostructures are studied using time-dependent density functional theory (TDDFT). The absorption spectrum has two main bands, which result from π and σ + π plasmon resonances. At low energies, the Fourier transform of the induced charge density maps exhibits anomalous behavior, with a π phase change in the charge density maps in the plane of the graphene and those in the plane 0.3 ? from the graphene. The charge density fluctuations close to the plane of the graphene are much smaller than those above and beneath the graphene plane. However, this phenomenon disappears at higher energies. By analyzing the electronic properties, we may conclude that the restoring force for the plasmon in the plane of the graphene does not result from fixed positive ions, but rather the Coulomb interactions with the plasmonic oscillations away from the plane of the graphene, which extend in the surface-normal direction. The collective oscillation in the graphene plane results in a forced vibration. Accordingly, the low-energy plasmon in the graphene can be split into two components: a normal component, which corresponds to direct feedback of the external perturbation, and a secondary component, which corresponds to feedback of the Coulombic interaction with the normal component.     

Na原子链表面等离激元特性的含时密度泛函研究

本文用含时密度泛函理论研究了线性Na原子链的表面等离激元机理.主要在原子尺度下模拟计算了体系随着原子数增加及原子间距变化的集体激发过程.研究发现线性原子链有一个普遍的特性——存在一个纵模和两个横模.两个横模一般在实验上很难被观测到.纵模随着原子链长度增加,能量红移的同时,该纵模主峰的强度呈线性增长.随着原子个数的增加,端点模式(TE)开始蓝移,能量和偶极强度都逐渐趋向饱和.横模能量被劈裂的原因概括如下:(一)每个位置的电子受到的势不同,在两端的电子受到的势要比在中间的电子受到的势要高,因此两端的电荷积累也比中间多;(二)端点存在悬挂键,所以中间的电子-电子间相互作用与端点的不一样,这两方面又都与原子间距d有关.