北京理工大学物理学院姚裕贵教授团队在拓扑材料中实现可调控的本征等离激元
2019年12月29日
图1 (a) 拓扑材料中带反转的示意图。导带和价带在动量空间中发生反转，导致能带交叉。 (b) 拓扑材料中本征等离激元的色散关系。等离激元频率随动量增加而增加，并在一定动量下达到饱和。 (c) 拓扑材料中本征等离激元的强度随掺杂浓度的变化。等离激元强度随掺杂浓度增加而增加。
图2 (a) 拓扑材料中本征等离激元的电场分布。电场集中在材料表面，并随深度呈指数衰减。 (b) 拓扑材料中本征等离激元的磁场分布。磁场集中在材料表面，并随深度呈指数衰减。 (c) 拓扑材料中本征等离激元的能量损失谱。能量损失谱在等离激元频率处出现峰值。
等离激元是金属中自由电子集体振荡的量子化，在光子学、等离激元学和量子信息等领域具有广泛的应用前景。近年来，拓扑材料因其独特的电子结构和拓扑性质而备受关注。研究发现，拓扑材料中的能带反转可以增强带间关联，从而导致强烈的本征等离激元激发。这种等离激元的频率范围从几个毫电子伏到几十个毫电子伏，并且可以通过外部场有效调控。电子-空穴不对称项将等离激元激发的峰值分裂为双峰。这种等离激元的命运和性质也可以作为探测拓扑相的探针，即使在轻掺杂体系中也是如此。我们通过数值模拟证明了带反转对磁性掺杂三维强拓扑绝缘体薄膜（V或Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3）中等离激元激发的影，结果与我们的理论分析一致。
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