用于太赫兹稳定拓扑超材料的密度无关等离激元
光学
2021-05-18 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
为将前沿太赫兹技术高效集成到紧凑器件中,高度受限的太赫兹等离激元正引起广泛关注。与金属中可见光频率的等离激元相比,典型存在于轻掺杂半导体或石墨烯中的太赫兹等离激元对载流子密度(n)敏感,因而易于调控,但这导致太赫兹光谱不稳定或不精确。通过推导等离激元频率的简化但普适形式,我们在此揭示在不同维度的所有拓扑态中产生反常的 n 无关等离激元(DIPs)的统一机制。引人注目的是,我们预言太赫兹 DIPs 可在 2D 节线(node-line)和 1D 节点(nodal-point)系统中被激发,这由对几乎所有现有具多样晶格对称性的拓扑半金属的第一性原理计算所证实。除 n 无关性外,DIPs 中费米速度与简并因子的依赖特征可分别用于设计拓扑超晶格与多壁碳纳米管超材料,以实现宽带太赫兹光谱与量子化太赫兹等离激元。令人惊讶的是,在这些太赫兹 DIPs 中可同时实现高空间受限与高品质因子,且同样对 n 不敏感。我们的发现为开发用于稳定太赫兹应用的拓扑等离激元器件铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2010.11436,
title = {Density-independent plasmons for terahertz-stable topological metamaterials},
author = {Jianfeng Wang and Xuelei Sui and Wenhui Duan and Feng Liu and Bing Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.11436},
year = {2021}
}