AA 堆叠石墨中 $\pi$-等离激元色散关系的各向异性

在自洽场近似下计算了简单六方本征石墨高能光学 $\pi$-等离激元的色散关系。等离激元频率 $\omega_p$ 被确定为布里渊区中沿六方平面的转移动量 $q_{\parallel}$ 及其垂直分量 $q_z$ 的函数。在长波极限下，这些等离激元在平面内是各向同性的。随着面内转移动量的增加，等离激元频率强烈依赖于其大小和方向 ($\phi$)。随着角度增加，六方平面内的色散关系逐渐从二次型变为近线性形式。二维石墨烯与三维 AA 堆叠石墨的 $\pi$-等离激元色散关系存在许多显著差异，包括 $q_\parallel$ 和 $\phi$ 依赖性以及 $\pi$-等离激元带宽。这一结果表明层间相互作用可以增强面内 $\pi$-等离激元的各向异性。对于选定的 $\textbf{q}_\parallel$，我们还获得了等离激元频率作为 $q_z$ 的函数，并表明在石墨中存在等离激元存在的 $q_z$ 上限。此外，沿垂直方向传播的等离激元的群速度可正可负，取决于 $\textbf{q}_\parallel$ 的选择。因此，可以实现 AA 堆叠石墨中 $\pi$-等离激元的前向和后向传播，其中能流分别平行或反平行于转移动量。后向流动共振是 AA 堆叠石墨的固有属性，源于能带结构和层间耦合。