Нанофокусировка терагерцовых плазменных волн в конической структуре на основе графена / Морозов М.Ю., Попов В.В.

Замедление плазмон-поляритонов в конических структурах, приводящее к концентрацииэнергии электромагнитного поля вблизи вершины конической структуры, называемойнанофокусировкой волны, является актуальной задачей и было исследовано в ряде работ [1-2].Плазменные волны (плазмоны) в графене (двумерномматериале с нулевой шириной запрещенной зоны [3]) являютсясильно локализованными вблизи графена, вследствие чеговостребованы для создания на их основе усилителейтерагерцовых (ТГц) плазмонов [4, 5]. Экранировка графенаметаллом, как было показано [6], дополнительно повышаетлокализацию поля плазмона вблизи графена.Настоящая работа посвящена теоретическому изучениюнанофокусировки ТГц плазмонов в конической структуре наоснове легированного (или смещенного) графена. Угол раскрыва конуса предполагалсямалым ( 5 ). Показано, что вблизи вершины конической структурыметал - диэлектрик - легированный (смещенный) графеннаблюдается резкое возрастание энергии поля плазмона,называемое нанофокусировкой поля плазмона. Представлена плотность энергии плазмона в зависимости отрасстояния до вершины конуса. Первоначально плотностьэнергии плазмона убывает вследствие рассеяния энергии помеханизму Друде. Вблизи вершины конической структурыпроисходит резкое возрастание плотности энергии плазмона.Показано, что нанофокусировка происходит по причине болеебыстрого замедления плазменной волны по сравнению суменьшением мощности плазмона в результате Друде потерь.Так, при фиксированных значениях параметров скорость распространения энергии плазмона Evуменьшается на длине структуры в несколько раз, в то время как мощность плазмона S в результатеДруде рассеяния спадает только на десятки процентов. Как следствие, наблюдается возрастаниеплотности энергии плазмона, определяемой как [7] , W Sv E вблизи вершины коническойструктуры.