石墨烯等离激元被石墨烯片层中缺陷的散射

本文对石墨烯表面等离激元被其传播所在的石墨烯片层中的缺陷散射进行了理论研究。这些缺陷可以是天然的（如畴界、波纹和裂纹等），也可以是由外部栅极诱导的。散射由一个积分方程控制，该方程由场的平面波展开导出，通常需要数值求解，但对于小缺陷可提供有用的解析结果。考虑了两种主要情况：石墨烯电导率的平滑变化（以高斯电导率分布为特征）和急剧变化（以具有不同电导率的岛屿表示）。总体而言，反射远大于向石墨烯片层外的辐射。然而，在具有急剧变化电导率岛屿的情况下，存在某些岛屿尺寸和频率值使得反射率消失，相应地，面外辐射成为主要的散射过程。对于平滑缺陷，反射率谱在 $k_p a \approx \sqrt{2}$ 条件下呈现单一极大值，其中 $k_p$ 是 GSP 波矢，$a$ 是缺陷的空间宽度。相比之下，急剧变化缺陷的反射率谱呈现周期为 $k_p' a$ 的周期性振荡，其中 $k_p'$ 是缺陷内部的 GSP 波长。最后，考虑了裂纹（石墨烯电导率中的间隙）的情况，表明对于大于 GSP 波长十分之一的间隙宽度，反射率几乎为 1。