拓扑绝缘体的紫外与可见光范围等离激元学

由于缺乏支持等离激元激发的低损耗介质，可见光和紫外波段的超材料、数据处理电路及传感器的发展受到阻碍，这推动了对贵金属之外等离激元材料的密集搜索。通过研究在拓扑绝缘体 $\mbox{Bi}_{1.5}\mbox{Sb}_{0.5}\mbox{Te}_{1.8}\mbox{Se}_{1.2}$ 表面制造的等离激元纳米结构，我们发现其在蓝紫 - 紫外波段的等离激元性能比金和银高出数个数量级。由 $\mbox{Bi}_{1.5}\mbox{Sb}_{0.5}\mbox{Te}_{1.8}\mbox{Se}_{1.2}$ 制成的超材料表现出从 350 nm 到 550 nm 的等离激元共振，而表面光栅则展现出从 230 nm 到 1050 nm 的阴极发光峰。支撑等离激元响应的负介电常数归因于体带间跃迁与拓扑保护态表面贡献的组合。我们结果的重要性在于揭示了半导体中负介电常数的新机制，使得可见光范围的等离激元学可以直接与电子学集成。