(44-3) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Волноводные моды в планарной структуре «графен–полупроводник–графен»
А.С. Абрамов 1, Д.А. Евсеев 1, Д.И. Семенцов 1

1 Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия

 PDF, 1049 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-648

Страницы: 325-332.

Аннотация:
Исследуются волноводные режимы оптического диапазона в плёнке полупроводника с обкладками из графена. Показана зависимость модовых характеристик от химического потенциала графена и толщины плёнки. Построены дисперсионные зависимости для первых волноводных мод, частотные зависимости их групповой и фазовой скоростей, распределение плотности потока энергии в структуре. Показано наличие спектральных интервалов, в которых наблюдается малая фазовая и отрицательная групповая скорость волноводных мод. Установлена возможность перестройки волноводного режима за счёт изменения химического потенциала графена и толщины плёнки полупроводника.

Ключевые слова:
дисперсия, графен, полупроводниковый волновод, медленные волны, отрицательная групповая скорость.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и образования РФ (госзадание № 3.6825.2017/ БЧ), РФФИ (договора № 18-42-730001, 18-42-730005).

Цитирование:
Абрамов, А.С. Волноводные моды в планарной структуре «графен–полупроводник–графен» / А.С. Абрамов, Д.А. Евсеев, Д.И. Семенцов // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 3. – С. 325-332. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-648.

Литература:
  1. Falkovsky, L.A. Optical far-infrared properties of a graphene monolayer and multilayer / L.A. Falkovsky, S.S. Pershoguba // Physical Review B. – 2007. – Vol. 76. – 153410.
  2. Hanson, G.W. Dyadic Green’s functions and guided surface waves for a surface conductivity model of graphene / G.W. Hanson // Journal of Applied Physics. – 2008. – Vol. 103. – 064302.
  3. Castro Neto, A.H. The electronic properties of graphene / A.H. Castro Neto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K.S. Novoselov, A.K. Geim // Reviews of Modern Physics. – 2009. – Vol. 81. – P. 109-162.
  4. Aleshkin, V.Ya. Terahertz laser based on optically pumped graphene: model and feasibility of realization / V.Ya. Aleshkin, A.A. Dubinov, V.I. Ryzhii // Pis’ma v ZhETF. – 2009. – Vol. 89, Issue 2. – P. 70-74.
  5. Katsnelson, M.I. Optical properties of graphene: The Fermi-liquid approach / M.I. Katsnelson // Euro Physics Letters. – 2008. – Vol. 84, Issue 3. – 37001.
  6. Berman, O.L. Graphene-based one-dimensional photonic crystal / O.L. Berman, R.Ya. Kezerashvili // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2012. – Vol. 24, Issue 1. – 015305.
  7. Madani, A. Optical properties of one-dimensional photonic crystals containing graphene sheets / A. Madani, R.S. Entezar // Physica B: Condensed Matter. – 2013. – Vol. 431. – P. 1-5.
  8. Liang, H. Graphene surface plasmon polaritons with opposite in-plane electron oscillations along its two surfaces / H. Liang, S. Ruan, M. Zhang, H. Su, I.L. Li // Applied Physics Letters. – 2015. – Vol. 109, Issue 9. – 091602.
  9. Berman, O.L. Magnetoplasmons in layered graphene structures / O.L. Berman, G. Gumbs, Yu.E. Lozovik // Physical Review B. – 2008. – Vol. 78, Issue 8. – 085401.
  10. Ferreira, A. Faraday effect in graphene enclosed in an optical cavity and the equation of motion method for the study of magneto-optical transport in solids / A. Ferreira, J. Viana-Gomes, Yu.V. Bludov, V.M. Pereira, N.M.R. Peres, A. H. Castro Neto // Physical Review B. – 2011. – Vol. 84. – 235410.
  11. Babichev, A.V. Resistivity and thermopower of graphene made by chemical vapor deposition technique / А.V. Babichev, V.E. Gasumyants, V.Y. Butko // Journal of Applied Physics. – 2013. – Vol. 113, Issue 7. – 076101.
  12. Gan, C.H. Synthesis of highly confined surface plasmon modes with doped graphene sheets in the midinfrared and terahertz frequencies / C.H. Gan, H.S. Chu, E.P. Li // Physical Review B. – 2012. – Vol. 85. – 125431.
  13. Лозовик, Ю.Е. Плазмоника и магнитоплазмоника на графене и топологическом изоляторе / Ю.Е. Лозовик // Успехи физических наук. – 2012. – Вып. 182. – С. 1111-1116.
  14. Zhu, B. Nanoscale dielectric-graphene-dielectric tunable infrared waveguide with ultrahigh refractive indices / B. Zhu, G. Ren, S. Zheng, Z. Lin, S. Jian // Optics Express. – 2013. – Vol. 21. – 17089.
  15. Zhu, B. Nanoscale dielectric-graphene-dielectric tunable infrared waveguide with ultrahigh refractive indices / B. Zhu, G. Ren, S. Zheng, Z. Lin, S. Jian // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 14. – 17089.
  16. Svintsov, D. Voltage-controlled surface plasmon-polaritons in double graphene layer / D. Svintson, V. Vyurkov, V. Ryzhii, T. Otsuji // Journal of Applied Physics. – 2013. – Vol. 113, Issue 5. – 053701.
  17. Буслаев, П.И. Плазмоны в волноводных структурах из двух слоёв графена / П.И. Буслаев, И.В. Иорш, И.В. Шадривов, П.А. Белов, Ю.С. Кившарь // Письма в ЖЭТФ. – 2013. – Т. 97(9). – С. 619-623.
  18. Smirnova, D. Deeply subwavelength electromagnetic Tamm states in graphene metamaterials / D. Smirnova, P. Buslaev, I. Iorsh, I.V. Shadrivov, P.A. Belov, Yu.S. Kivshar // Physical Review B. – 2014. – Vol. 89, Issue 24. – P. 2-5.
  19. Евсеев, Д.А. Волноводные моды в планарной мелкослоистой структуре «графен-диэлектрик» / Д.А. Евсеев, Д.И. Семенцов // Оптика и спектроскопия. – 2018. – Т. 124, Вып. 2. – С. 235-240.
  20. Evseev, D.A. Surface plasmon polaritons at the boundary of a grapheme-based thin-layer medium / D.A. Evseev, D.I. Sementsov // Physics of Solid State. – 2018. – Vol. 60, Issue 3. – P. 609-613.
  21. Фальковский, Л.А. Магнитооптика графеновых слоёв / Л.А. Фальковский // Успехи физических наук. – 2012. – Т. 182, № 11. – С. 1223-1228.
  22. Novoselov, K.S. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov // Science. – 2004. – Vol. 306, Issue 10. – P. 666-669.
  23. Gan, C.H. Synthesis of highly confined surface plasmon modes with doped graphene sheets in the midinfrared and terahertz frequencies / C.H. Gan, H.S. Chu, E.P. Li // Physical Review B. –2012. – Vol. 85. – 125431.
  24. Агранович, В.М. Поверхностные поляритоны – электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред / В.М. Агранович, Д.Л. Миллс. – Москва: Наука, 1985. – 525 c.
  25. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – Москва : Наука, 1992. – 664 c. – ISBN: 978-5-9221-1508-7.
  26. Паняев, И.С. Спектральные свойства нелинейных поверхностных поляритонов среднего ИК-диапазона в структуре «полупроводник–слоистый метаматериал» / И.С. Паняев, Д.Г. Санников // Компьютерная оптика. –2017. – Т. 41, № 2. – С. 183-191. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-183-191.
  27. Кадомина, Е.А. Брегговские решётки с подавлением паразитного рассеяния для поверхностных плазмон-поляритонов / Е.А. Кадомина, Е.А. Безус, Л.Л. Досколович // Компьютерная оптика. –2018. – Т. 42, № 5. –С. 800-806. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-800-806.
  28. Khoubafarin Doust, S. The tunability of surface plasmon polaritons in graphene waveguide structures / S. Khoubafarin Doust, V. Siahpoush, A. Asgari // Plasmonics. –2017. – Vol. 12. – P. 1633-1639.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20