ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2023. №12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.2
УДК: 530.182
Исследование влияния краевых эффектов
на свойства плазмонных мод
в графеновой микроленте
О.В. Полищук, К.В. Машинский, В.В. Попов, Д.В. Фатеев
Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН
410019, Саратов, ул. Зеленая 38
Статья поступила в редакцию 28 ноября 2023 г.
Аннотация. В работе теоретически исследовано возбуждение плазмонных мод в графеновой микроленте падающей терагерцевой электромагнитной волной. Проблема исследована в трехмерной постановке задачи с учетом влияния краевых эффектов на концах графеновой микроленты методом интегрального уравнения, разрабатываемого авторами. Исследовано влияние длины ленты (при ее постоянной ширине) на свойства основной плазмонной моды. Сформулированы критерии выбора упрощенного двумерного или полного трехмерного электродинамических подходов для исследования свойств плазмонных мод в графеновых микролентах.
Ключевые слова: плазмон, терагерцевое излучение, графен.
Финансирование: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 22-19-00611.
Автор для переписки: Фатеев Денис Васильевич, fateevdv@yandex.ru
Литература
1. Bhardwaj S. et al. Numerical analysis of terahertz emissions from an ungated HEMT using full-wave hydrodynamic model //IEEE Transactions on Electron Devices. – 2016. – Т. 63. – №. 3. – С. 990-996. https://doi.org/10.1109/TED.2015.2512912
2. Grigorenko A.N., Polini M., Novoselov K.S. Graphene plasmonics //Nature photonics. – 2012. – Т. 6. – №. 11. – С. 749-758. http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.262
3. Huang S. et al. Graphene plasmonics: physics and potential applications //Nanophotonics. – 2016. – Т. 6. – №. 6. – С. 1191-1204. https://doi.org/10.1515/nanoph-2016-0126
4. Koppens F.H.L. et al. Photodetectors based on graphene, other two-dimensional materials and hybrid systems //Nature nanotechnology. – 2014. – Т. 9. – №. 10. – С. 780-793. http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2014.215
5. Fateev D.V., Mashinsky K.V., Popov V.V. Terahertz plasmonic rectification in a spatially periodic graphene //Applied Physics Letters. – 2017. – Т. 110. – №. 6. https://doi.org/10.1063/1.4975829
6. Gayduchenko I. et al. Tunnel field-effect transistors for sensitive terahertz detection //Nature communications. – 2021. – Т. 12. – №. 1. – С. 543. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20721-z
7. Davoyan A.R., Popov V.V., Nikitov S.A. Tailoring terahertz near-field enhancement via two-dimensional plasmons //Physical review letters. – 2012. – Т. 108. – №. 12. – С. 127401. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.127401
8. Fu Z. et al. From waveguiding to spatial localization of THz waves within a plasmonic metallic grating //IEEE Journal of selected topics in quantum electronics. – 2008. – Т. 14. – №. 2. – С. 486-490. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.917032
9. Dubinov A.A. et al. Terahertz surface plasmons in optically pumped graphene structures //Journal of Physics: Condensed Matter. – 2011. – Т. 23. – №. 14. – С. 145302. https://doi.org/10.1088/0953-8984/23/14/145302
10. Davoyan A.R. et al. Graphene surface emitting terahertz laser: diffusion pumping concept //Applied Physics Letters. – 2013. – Т. 103. – №. 25. https://doi.org/10.1063/1.4850522
11. Fateev D.V. et al. Terahertz lasing with weak plasmon modes in periodic graphene structures //Physical Review Applied. – 2021. – Т. 15. – №. 3. – С. 034043. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.034043
12. Ju L. et al. Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials //Nature nanotechnology. – 2011. – Т. 6. – №. 10. – С. 630-634. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.146
13. Morozov M.Y., Popov V.V., Fateev D.V. Electrically controllable active plasmonic directional coupler of terahertz signal based on a periodical dual grating gate graphene structure //Scientific Reports. – 2021. – Т. 11. – №. 1. – С. 11431. https://doi.org/10.1038/s41598-021-90876-2
14. Svintsov D. Emission of plasmons by drifting Dirac electrons: A hallmark of hydrodynamic transport //Physical Review B. – 2019. – Т. 100. – №. 19. – С. 195428. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.195428
15. Moiseenko I.M., Popov V.V., Fateev D. V. Terahertz plasmon amplification in a double-layer graphene structure with direct electric current in hydrodynamic regime //Physical Review B. – 2021. – Т. 103. – №. 19. – С. 195430. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.195430
16. Zabolotnykh A.A., Volkov V.A. Interaction of gated and ungated plasmons in two-dimensional electron systems //Physical Review B. – 2019. – Т. 99. – №. 16. – С. 165304. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.165304
17. Mikhailov S.A., Savostianova N.A. Microwave response of a two-dimensional electron stripe //Physical Review B. – 2005. – Т. 71. – №. 3. – С. 035320. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.035320
18. Маремьянин К.В. и др. Широкоапертурный детектор терагерцового излучения на основе транзисторной структуры GaAs/InGaAs со щелевым решеточным затвором большой площади // Письма в Журнал технической физики. – 2010. – Т. 36. – №. 8. – С. 39-47.
19. Boubanga-Tombet S. et al. Room-temperature amplification of terahertz radiation by grating-gate graphene structures //Physical Review X. – 2020. – Т. 10. – №. 3. – С. 031004. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031004
20. Mashinsky K.V., Popov V.V., Fateev D.V. Complete electromagnetic consideration of plasmon mode excitation in graphene rectangles by incident terahertz wave // Research Square. – 2023. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3639194/v1.
21. Jang M.S. et al. Tunable large resonant absorption in a midinfrared graphene Salisbury screen //Physical Review B. – 2014. – Т. 90. – №. 16. – С. 165409. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.165409
22. Popov V.V. et al. The resonant terahertz response of a slot diode with a two-dimensional electron channel //Semiconductors. – 2005. – Т. 39. – С. 142-146. https://doi.org/10.1134/1.1852665
Для цитирования:
Полищук О.В., Машинский К.В., Попов В.В., Фатеев Д.В. Исследование влияния краевых эффектов на свойства плазмонных мод в графеновой микроленте. // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.2