同济大学江涛教授Nano Letters:石墨烯门控调控银纳米线红外极化激元

电介质-金属界面处的表面等离极化激元(SPPs)因其独特的场局域行为在纳米光子器件中备受关注。金属纳米线等低维金属结构能够产生强烈的SPP模式，然而动态SPP调制技术，特别是在中红外波段，仍有待发展，这制约了可重构SPP器件的进步。

近日，同济大学江涛教授课题组通过电场门控技术，利用石墨烯单层基底及其在中红外波段的栅压可调介电特性，实现了对银纳米线（AgNWs）中红外SPPs的主动调控。借助红外近场纳米成像技术与数值模拟，研究系统探究了AgNW的SPP响应光谱调控范围。更重要的是，研究发现了一种新型栅压依赖衰减通道——AgNWs中的SPPs会直接耗散为石墨烯SPPs。这项研究揭示了利用石墨烯电学特性调控金属纳米线SPPs的潜力，为开发先进纳米光子器件开辟了新路径。

图1. 栅压可调AgNW/石墨烯异质结结构。(a) 使用10.7 μm (931 cm⁻¹)和6 μm (1667 cm⁻¹)代表波长对AgNW/石墨烯门控器件进行红外散射式扫描近场光学显微镜测量的示意图。(b) 器件电阻随背栅电压V_B的变化关系，电荷中性点(E_F=0)出现在160 V处。插图：暗场显微图像。(c) 未施加栅压条件下AgNW/石墨烯异质结的形貌图与近场光学图像。

综上所述，该研究通过结合红外散射式扫描近场光学显微镜测量与数值模拟，成功实现了石墨烯支撑银纳米线中等离极化激元的有效静电调控。通过在931 cm⁻¹波数下采集银纳米线近场强度随石墨烯费米能级调节的动态变化，获得了SPP波长与耗散率显著的E_F依赖特性。值得关注的是，这些变化呈现出明显的激发能量依赖性，并随着石墨烯等离极化激元的出现而增强。相应地，研究还发现了一种新型GPP衰减通道——通过直接的SPP-GPP转换机制主导银纳米线SPP的耗散过程。本研究揭示了在中红外波段对金属纳米线SPP实现主动调控的能力，为开发具有波长选择性的可重构SPP纳米光子器件开辟了新途径。

文献信息

Zhenxing Wang, Zerui Wang, Junbo Xu, Lei Zhou, Quan Li, Baoning Wang, Yongwei Pan, Xueqing Gao, Hongwei Jia, Kyoung-Duck Park, Di Huang, Zhanshan Wang, Markus B. Raschke, and Tao Jiang. “Graphene-Gated Control of Ag Nanowire Infrared Polaritons” Nano Letters Article ASAP

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c04167