三維狄拉克等離子體激元助力實(shí)現(xiàn)新的納米光電器件

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，等離子體激元是指?jìng)鹘y(tǒng)金屬和半導(dǎo)體的電子量子化集體振蕩，一直以來(lái)吸引著人們對(duì)其在傳感、快電子學(xué)和太陽(yáng)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(chēng)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(diǎn)，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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(lái)表征這種材料的電子激發(fā)，并通過(guò)與密度泛函理論（Density Functional Theory）預(yù)測(cè)進(jìn)行比較，從而解釋這些數(shù)據(jù)。分析通過(guò)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(yùn)動(dòng)。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(lái)研究分子和凝聚態(tài)的性質(zhì)，是凝聚態(tài)物理計(jì)算材料學(xué)和計(jì)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(shí)現(xiàn)如光電探測(cè)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)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。