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三維狄拉克等離子體激元助力實現(xiàn)新的納米光電器件

電子設(shè)計 ? 來源:電子設(shè)計 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2020-12-26 00:38 ? 次閱讀

據(jù)麥姆斯咨詢報道,等離子體激元是指傳統(tǒng)金屬和半導(dǎo)體的電子量子化集體振蕩,一直以來吸引著人們對其在傳感、快電子學(xué)和太陽能電池技術(shù)中應(yīng)用的興趣。等離子體激元也可存在于被稱為狄拉克(Dirac)材料的奇異固體中。比起傳統(tǒng)等離子體激元,狄拉克等離子體激元擁有許多更勝一籌的優(yōu)點,如更快的傳播速度和頻率可調(diào)性。到目前為止,已在石墨烯等二維材料中發(fā)現(xiàn)了狄拉克等離子體激元。然而,二維等離子體激元對材料表面的缺陷和污染物非常敏感。如今,意大利理工學(xué)院(Italian Institute of Technology)石墨烯實驗室的Antonio Politano和同事們提供了二碲化鉑晶體(PtTe2)存在三維狄拉克等離子體激元(3D Dirac plasmons)的直接證據(jù)。

最近的研究表明,PtTe2是一種三維II型狄拉克半金屬,也是量子固體,有時還被認(rèn)為是“三維石墨烯”。研究小組根據(jù)高分辨率電子能量損失譜法(Electron Energy Loss Spectroscopy)來表征這種材料的電子激發(fā),并通過與密度泛函理論(Density Functional Theory)預(yù)測進行比較,從而解釋這些數(shù)據(jù)。分析通過II型狄拉克半金屬的各向異性斜錐形特征,揭示了帶電準(zhǔn)粒子在能量帶中的集體運動。研究小組利用這些特征得出結(jié)論:這些準(zhǔn)粒子就是三維狄拉克等離子體激元。

注:密度泛函理論是一種研究多電子體系電子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)方法。密度泛函理論在物理和化學(xué)上都有廣泛的應(yīng)用,特別是用來研究分子和凝聚態(tài)的性質(zhì),是凝聚態(tài)物理計算材料學(xué)和計算化學(xué)領(lǐng)域最常用的方法之一。

這些三維等離子體激元的魯棒性可被用以實現(xiàn)如光電探測器等基于等離子體激元的納米器件。研究人員設(shè)想:憑借這種材料易于切割的特性,可利用薄PtTe2層構(gòu)建納米器件。此外,分析數(shù)據(jù)表明:等離子體激元可被約為0.5eV的能量激發(fā),對應(yīng)的波長約為2.4μm。該特性使利用近紅外激光控制等離子體激元的光電應(yīng)用成為可能。

該研究于2018年8月22日發(fā)表于Physical Review Letters雜志上。

審核編輯:符乾江
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