扭转双层石墨烯与金属-绝缘体-石墨烯体系中电子隧穿产生等离激元

通过远场光学照明产生高度受限的等离激元，由于其与外部光的巨大能量-动量失配，对于技术应用似乎不切实际。电学产生等离激元为此问题提供了可能的解决方案，尽管其性能取决于材料和几何参数的仔细选择。在此，我们理论研究了基于石墨烯的结构，并特别展示了（i）由介电质隔开的两层石墨烯与（ii）金属$|$绝缘体$|$石墨烯夹层作为由非弹性电子隧穿辅助的传播等离激元发生器时截然不同的性能。对于双层石墨烯，我们研究了两片之间相对扭转角的依赖关系，并表明 $4^\circ$ 扭转角时的等离激元产生效率降至完美堆叠时最大值的 $\sim20$\%。对于金属$|$绝缘体$|$石墨烯夹层，无论掺杂水平、金属$|$石墨烯间距、金属选择以及隧穿方向（金属到石墨烯或反之）如何，其非弹性隧穿效率相对于双层石墨烯下降了数个数量级，我们将此结果归因于石墨烯狄拉克锥所覆盖的表面投影金属布里渊区比例很小。我们的结果揭示了其对石墨烯晶格错位的合理容忍度，以及含金属结构的较差性能，从而支持使用双层石墨烯作为隧穿器件中电学等离激元产生的最优选择。