Управление радиационными потерями терагерцовых резонансных плазмонов в двухслойной периодической структуре на основе графена в режиме антикроссинга плазмонных мод / Полищук О.В., Фатеев Д.В., Попов В.В.

Графен является природным материалом с нулевой запрещенной зоной и чрезвычайновысокой подвижностью носителей, а возможность электрически управлять плотностью носителейзаряда в графене делает его идеально подходящим для ТГц и оптоэлектронных применений. Графенможет служить усиливающей средой для ТГц лазеров [1], которые могут работать при комнатнойтемпературе. Графен способен поддерживать поверхностные плазмонные моды в ТГц диапазоне [2].В данной работе мы рассматриваем усиление ТГц волны за счет вынужденного излучениярезонансных плазмонов в двухслойном структурированном активном графене, представляющемсобой два одинаковых планарных периодических массива графеновых микрополосок, разделенныхтонким диэлектрическим барьерным слоем. Внешняя ТГцволна падает нормально на плоскость структуры. Оптическаязадача взаимодействия ТГц волны с исследуемой структуройрешалась с помощью самосогласованного электромагнитногоподхода. Отклик инвертированного графена (обусловленныйего оптической накачкой) описывается комплекснойдинамической поверхностной проводимостью. [3]Электромагнитные поля плазмонов, распространяющихся вкаждом из двух графеновых слоев, взаимодействуют друг сдругом, что приводит к образованию единой плазмонной модыв двухслойной графеновой структуре [4]. Рассматриваемаясистема поддерживает оптические (симметричные) иакустические (несимметричные) плазмонные моды.Резонансные частоты оптической и акустической модменяются противоположным образом при изменении толщиныразделяющего диэлектрического слоя d, что делает возможным режим их антикроссинга.Максимальное усиление достигается в окрестности режима антикроссинга за счетвзаимодействия фундаментальной оптической и первой высшей акустической плазмонных мод. Врежиме антикроссинга оптическая плазмонная мода гибридизируется с акустической, в результатечего происходит резкое уменьшение радиационной ширины плазмонного резонанса и увеличениедобротности резонанса для каждой из двух взаимодействующих мод. даже при малыхзначениях энергии квазиуровня Ферми 20 мэВ при комнатной температуре.