拓扑绝缘体-反铁磁双层结构中的表面等离激元-声子-磁子极化激元
材料科学
2022-08-16 v1
摘要
我们提出了一种用于计算研究杂化材料中表面极化激元模式的稳健技术。我们使用半经典模型以理解杂化系统集体激发之间相互作用背后的物理机制，并发展了散射与传输矩阵方法，该方法施加适当的边界条件以求解麦克斯韦方程，并推导出描述由N种组成材料构成的异质结构中表面极化激元的一般方程。我们将此方法应用于由拓扑绝缘体（TI）和反铁磁材料（AFM）组成的测试结构，以研究由此产生的表面狄拉克等离激元-声子-磁子极化激元（DPPMP）。我们发现两种组成材料的激发之间的相互作用导致杂化模式的形成，并在DPPMP的色散关系中出现了避免交叉点。对于Bi2Se3 TI材料的特定情况，频率低于2 THz的低频极化激元分支随TI薄膜厚度增加而红移，这给出了允许强耦合和杂化态出现可观测特征的TI层厚度上限。我们还发现，TI与AFM之间的耦合强度（由在磁子共振频率处两个极化激元分支之间避免交叉分裂的幅度参数化）取决于AFM材料中磁偶极矩的大小和磁子的线宽，以及TI中狄拉克等离激元的费米能量。最后，我们预测极低散射损耗率的极高质量材料对于实现TI与AFM之间实验可观测的强耦合至关重要。
引用
@article{arxiv.2205.07367,
title = {Surface plasmon-phonon-magnon polariton in a topological insulator-antiferromagnetic bilayer structure},
author = {D. Quang To and Zhengtianye Wang and Yongchen Liu and Weipeng Wu and M. Benjamin Jungfleisch and John Q. Xiao and Joshua M. O. Zide and Stephanie Law and Matthew F. Doty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.07367},
year = {2022}
}
备注
16 pages, 12 figures