金属纳米粒子二分晶格中的狄拉克等离激元

我们从理论上研究了由金属纳米粒子二维阵列构成的“类石墨烯”等离激元超材料，包括具有和不具有反演对称性的完美蜂窝结构，以及通用的二分晶格。不同纳米粒子中局域表面等离激元之间的偶极相互作用产生了遍及整个晶格的集体等离激元。我们研究了集体等离激元的能带结构，并揭示了其随与局域表面等离激元相关的偶极矩取向的可调性。根据偶极取向，我们在集体等离激元色散中识别出无隙或有隙相的相图。我们表明，相图中的无隙相的特征是集体等离激元表现为无质量的手性狄拉克粒子，类似于石墨烯中的电子。当蜂窝结构的反演对称性被破坏时，集体等离激元被描述为具有能量依赖贝里相的有隙手性狄拉克模式。我们通过分析通用的二分六角晶格进一步放宽了蜂窝结构的几何对称性。在这种情况下，我们研究了相图的演化，并揭示了当一个六角子晶格相对于另一个逐渐移位时，一系列拓扑相变的出现。