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碳化硅上准独立石墨烯中的强声子-等离子体耦合

Robust Phonon-Plasmon Coupling in Quasifreestanding Graphene on Silicon Carbide.

作者信息

Koch R J, Fryska S, Ostler M, Endlich M, Speck F, Hänsel T, Schaefer J A, Seyller Th

机构信息

Institut für Physik, Technische Universität Chemnitz, 09126 Chemnitz, Germany.

Lehrstuhl für Technische Physik, Universität Erlangen-Nürnberg, 91054 Erlangen, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2016 Mar 11;116(10):106802. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.106802. Epub 2016 Mar 9.

DOI:10.1103/PhysRevLett.116.106802
PMID:27015502
Abstract

Using inelastic electron scattering in combination with dielectric theory simulations on differently prepared graphene layers on silicon carbide, we demonstrate that the coupling between the 2D plasmon of graphene and the surface optical phonon of the substrate cannot be quenched by modification of the interface via intercalation. The intercalation rather provides additional modes like, e.g., the silicon-hydrogen stretch mode in the case of hydrogen intercalation or the silicon-oxygen vibrations for water intercalation that couple to the 2D plasmons of graphene. Furthermore, in the case of bilayer graphene with broken inversion symmetry due to charge imbalance between the layers, we observe a similar coupling of the 2D plasmon to an internal infrared-active mode, the LO phonon mode. The coupling of graphene plasmons to vibrational modes of the substrate surface and internal infrared active modes is envisioned to provide an excellent tool for tailoring the plasmon band structure of monolayer and bilayer graphene for plasmonic devices such as plasmon filters or plasmonic waveguides. The rigidity of the effect furthermore suggests that it may be of importance for other 2D materials as well.

摘要

通过对碳化硅上不同制备的石墨烯层进行非弹性电子散射并结合介电理论模拟,我们证明了石墨烯的二维等离激元与衬底的表面光学声子之间的耦合不能通过插入来改变界面而被淬灭。插入反而提供了额外的模式,例如在氢插入的情况下的硅 - 氢伸缩模式或水插入时的硅 - 氧振动模式,这些模式会与石墨烯的二维等离激元耦合。此外,对于由于层间电荷不平衡而具有破缺反演对称性的双层石墨烯,我们观察到二维等离激元与内部红外活性模式(即 LO 声子模式)的类似耦合。石墨烯等离激元与衬底表面的振动模式以及内部红外活性模式的耦合被认为是为诸如等离激元滤波器或等离激元波导等等离激元器件定制单层和双层石墨烯的等离激元能带结构的出色工具。这种效应的刚性还表明它可能对其他二维材料也很重要。

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