原子薄膜中等离子体激元的热操纵

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原子薄膜中等离子体激元的热操纵

去十年来,石墨烯中的表面等离子体激元因其非常吸引人的特性而受到广泛研究,例如通过电门控具有很强的光学特性可调谐性以及相对较高的等离子体激元寿命。但是,这些优异的性能仅限于从中红外(mid-IR)到太赫兹(THz)光谱区域的较低频率。另外,不能以超快的方式实现石墨烯的电可调性,这给石墨烯在越来越重要的高速技术设备中的应用带来了障碍。

在《光科学与应用》(Light Science&Application)上发表的一篇新论文中,来自ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques(西班牙巴塞罗那)的团队提出了一种全光学技术,用于调制石墨烯和/或薄金属基系统的等离子体响应。一个超快在从中红外到可见(vis-NIR)频率范围内的频谱。他们提出了一种泵浦探针设置,其中使用超快且非常强的泵浦光束来加热石墨烯的电子。基于这种二维材料的低热容量(这意味着该材料吸收的少量能量会导致其电子温度大幅上升),以及石墨烯电导率对其电子温度的强烈依赖性,系统的光学特性将受到电子温度升高的调节,而这可以通过探测光束进行测量。

有趣的是,该技术不仅可以用于石墨烯片中的全等离子体激发等离子体激元,还可以用于在其附近的金属薄层中激发全等离子体激元。在同一个小组进行了先前的工作之后,他们建议通过对泵浦光束进行工程设计,使其波前强度在空间上周期性地变化。这样,石墨烯中的电子温度(及其随后的电导率)在片材表面也局部变化,充当有效的光栅,将探测光束散射并将其耦合到等离激元中。根据探测光束的波长以及石墨烯片附近是否存在金属薄膜,该技术可用于激发石墨烯等离激元(mid-IR),金属等离激元(vis-NIR)或混合声等离激元(THz) )。“通过这种方式,

另一方面,作者建议采用纳米级光热效应,以实现光的超快调制。他们设想了一种结构,该结构由掺杂有一定费米能级的石墨烯片顶部的薄金属光栅构成。然后,通过泵浦束增加石墨烯电子的温度,石墨烯的化学势将降低,并且石墨烯的带间跃迁在较低能量下将变得显着,并将淬灭通过探测束的反射测得的等离激元峰。。作者声称:“石墨烯电子的温度可以达到数千个开尔文温度,从而导致反射峰的阻尼高达70%。” 在石墨烯声等离子体中可以观察到类似的效果,但是在这种情况下,淬灭的原因是石墨烯非弹性损耗随电子温度的增加而增加。这组作者补充说:“在两种情况下,光响应的调制都是超快的,这与替代方法不同,例如电改变石墨烯的费米能级。”

作者总结说:“我们的研究为原子薄材料中的光学响应的主动光热操纵开辟了一条有希望的途径,并有望在超快光调制中应用。”


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