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石墨烯纳米带中高阶等离激元的边缘依赖反射与继承性精细结构

DOI：10.1103/PhysRevB.99.045411 期刊：Physical Review B 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 我们研究了石墨烯纳米带中的高阶等离激元，并探讨了电子边缘态和波函数精细结构对石墨烯等离激元的影响?；谧罱诮羰考扑?，我们发现基于非局域体等离激元色散的驻波模型对于宽度低至几纳米的扶手椅型纳米带具有惊人的准确性，并确定了相应的边缘反射相位移动和有效纳米带宽度。较宽的锯齿型纳米带表现出类似的相位移动，而驻波模型对几纳米宽的锯齿型纳米带描述效果较差，很大程度上归因于其边缘态。我们直接证实锯齿型纳米带中更大的等离激元展宽也源于其边缘态。此外，我们报道了纳米带等离激元诱导电荷中显著的精细结构——扶手椅型纳米带的该结构遵循由谷间耦合诱导的电子波函数振荡。有趣的是，这种波函数精细结构也在我们的密度泛函理论类比计算中被发现，且紧束缚数值计算与这些结果都能通过石墨烯纳米带的解析狄拉克理论得到很好的解释。
作者： K?re Obel Wedel，N. Asger Mortensen，Kristian S. Thygesen，Martijn Wubs
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研究概述 实验方案

研究目的

研究电子边缘态和波函数精细结构如何影响石墨烯纳米带中的高阶等离激元，并利用各种计算模型确定相位移动和有效宽度。

研究成果

研究表明，即使对于极窄的扶手椅型纳米带，其特性也可通过-0.75π的恒定相位偏移和-0.3纳米的宽度修正精确描述。锯齿型纳米带因边缘态呈现与宽度相关的反射特性，较宽纳米带则趋于相近数值。边缘态会导致锯齿型纳米带中等离子体展宽加剧。诱导电荷的精细结构源自波函数振荡，该现象已通过紧束缚理论、密度泛函理论和狄拉克理论得到验证。这些发现凸显了原子尺度细节在石墨烯等离子体学中的重要性。

研究不足

由于边缘态的影响，驻波模型对窄锯齿形纳米带的描述精度较低。该研究为计算模拟，未进行实验验证。锯齿形纳米带的反射相位显示出约15纳米宽度范围内的依赖性，表明将体材料模型应用于极小结构存在局限性。

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