Kích thích plasmon trong cấu trúc dị thể MLG-GaAs - Biểu thức phân tích trong giới hạn bước sóng dài

Van Men Nguyen1, Thi Kim Phuong Dong
1123/9 Ung Văn Khiêm, P Đông Xuyên, TP Long Xuyên, An Giang

Tóm tắt

Kích thích plasmon đóng vai trò quan trọng trong các thuộc tính của hệ nhiều hạt như screening và drag trong các cấu trúc lớp và được ứng dụng trong công nghệ plasmon và quang học. Nghiên cứu này xem xét các biểu thức phân tích của tần số plasmon trong một hệ hai lớp gồm graphene đơn lớp (MLG) và giếng lượng tử GaAs với khoảng cách và nền điện môi không đồng nhất tại nhiệt độ bằng không. Trong nghiên cứu này, phương pháp gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA) được sử dụng để tính toán hàm điện môi của hệ thống và xác định các chế độ plasmon bằng cách tìm các nghiệm bằng không của hàm này. Kết quả cho thấy các nghiệm bằng không của hàm điện môi cho hai nghiệm (như trong trường hợp hệ giếng lượng tử bán dẫn đôi hoặc graphene hai lớp - DLG), tương ứng với nhánh quang (OP) và nhánh âm (AC). Trong khi tần số của nhánh quang tỷ lệ với căn bậc hai của vectơ sóng và phụ thuộc vào hằng số điện môi của các lớp xung quanh, tần số của nhánh âm tỷ lệ với vectơ sóng và phụ thuộc vào hằng số điện môi của các môi trường tiếp xúc và giếng lượng tử trong giới hạn bước sóng dài.

Từ khóa

#dielectric function #plasmon excitation #random – phase – approximation

Tài liệu tham khảo

<p>Badalyan, S. M. and Peeters, F. M., 2012. Effect of nonhomogenous dielectric background on the plasmon modes in graphene double-layer structures at finite temperatures. Physical Review 85(19): 195444.</p>

<p>Czachora, A., Holas, A., Sharma, S. R., and Singwi, K. S., 1982. Dynamical correlations in a two-dimensional electron gas: First-order perturbation theory. Physical Review B 25(4): 2144.</p>

<p>Digish, K. P., 2015. Transport properties of monolayer and bilayer graphene. PhD thesis. The Maharaja Sayajirao University of Baroda, India.</p>

<p>Gamucci, A. Spirito, D., Carrega, M., et al., 2014. Electron-hole pairing in graphene-GaAs heterostructures. Nature Communications, 5: 5824.</p>

<p>Gasser, W., 1989. Plasmon and magneto-plasmon excitations in double heterostructures. Zeitschrift für Physik B Condensed Matter, 75(4): 459-468.</p>

<p>Geim, A. K. and Novoselov, K. S., 2007. The rise of graphene. Nature Materials, 6(3): 183-191.</p>

<p>Hwang, E. H. and Sarma, S. D., 2007. Dielectric function, screening, and plasmons in 2D graphene. Physical Review B 75: 205418.</p>

<p>Hwang, E. H. and Sarma, S. D., 2009. Exotic plasmon modes of double layer graphene. Physical Review B 80: 205405.</p>

<p>Khanh, N. Q., 1996. Dielectric function and plasmon dispersion relation. Physica Status Solidi (b) 197: 73.</p>

<p>Khanh, N. Q., 2001. The Effect of the Image Charges on the Mobility of a Quasi-Two-Dimensional Electron Gas. Physica Status Solidi (b) 225(1): 89–93.</p>

<p>Khanh, N. Q. and Toan, N. M., 2003. Electron correlations in two dimensions: effects of finite thickness and image charges. Solid State Communications 125(3-4): 133-137.</p>

<p>Maier, S. A., 2007. Plasmonics – Fundamentals and Applications. Springer, New York.</p>

<p>Men, N. V. and Khanh, N. Q., 2017. Plasmon modes in graphene–GaAs heterostructures. Physics Letters A 381(44): 3779–3784.</p>

<p>Neto, A. H. C., Guinea, F., Peres, N. M. R., Novoselov, K. S., and Geim, A. K., 2009. The electronic properties of graphene. Review Modern Physics 81(1): 109.</p>

<p>Principi, A., Carrega, M., Asgari, R., Pellegrini, V., and Polini, M., 2012. Plasmons and Coulomb drag in Dirac/Schrodinger hybrid electron systems. Physical Review B 86: 085421.</p>

<p>Sarma, S. D., Hwang, E. H., and Rossi, E., 2010. Theory of carrier transport in bilayer graphene. Physical Review B 81: 161407.</p>

<p>Sarma, S. D., Adam, S., Hwang, E. H., and Rossi, E., 2011. Electronic transport in two dimensional graphene. Review Modern Physics 83: 407.</p>

<p>Sarma, S. D., Madhukar, A., 1981. Collective modes Spatially Separated. Physical Review B 23: 805.</p>

<p>Scharf, B. and Matos-Abiague, A., 2012. Coulomb drag between massless and massive fermions. Physical Review B 86: 115425.</p>

<p>Sensarma, R., Hwang, E. H., and Sarma, S. D., 2010. Dynamic screening and low energy collective modes in bilayer graphene. Physical Review B 82: 195428.</p>

<p>Stern, F., 1967. Polarizability of a two-dimensional electron gas. Physics Review Letters 18(14): 546.</p>

<p>Ho Sy Ta, 2017. Plasmon characteristics and dynamical properties of electrons in graphene. PhD thesis. Hanoi University of Science and Technology, Ha Noi, Vietnam (in Vietnamese).</p>

<p>Tanatar, B. and Davoudi, B., 2003. Dynamic correlations in double-layer electron systems. Physical Review B 63: 165328.</p>

<p>Tuan, D. V. and Khanh, N. Q., 2013. Plasmon modes of double-layer graphene at finite temperature. Physica E 54: 267–272.</p>

<p>Vazifehshenas, T., Amlaki, T., Farmanbar, M., and Parhizgar, F., 2010. Temperature effect on plasmon dispersions in double-layer graphene systems. Physics Letters A 374(48): 4899–4903.</p>