金属アンテナの非周期自己組織化アレイによる局在グラフェンプラズモンの励起

Excitation of localized graphene plasmons by aperiodic self-assembled arrays of metallic antennas.

• Vladimir Evgenievich Kaydashev
• Boris N Khlebtsov
• Andrey Miakonkikh
• Elena S Zhukova
• Sergey S Zhukov
• Dmitry Mylnikov
• Ivan Konstantinovich Domaratskiy
• Dmitry Svintsov

抄録

二次元物質中の赤外・テラヘルツプラズモンは、電子リソグラフィーによって定義されたディープサブミクロンの特徴を持つ金属または誘電体グレーティングカプラによって励起されるのが一般的です。このようなグレーティングを巨視的なスケールで大量に再現することは、手間とコストのかかる技術である。ここでは、グラフェン層の近傍にランダムに配向した粒子状ナノロッドをベースとしたカプラーを用いて、グラフェン中に局在したプラズモンを巨視的に生成できることを示す。我々は、構造体上に堆積したメチレンブルーやポリメチルメタクリレート分子の反射・吸収スペクトルの変化を追跡することで、グラフェンのプラズモンの励起を間接的にモニターしている。スペクトルの広いグラフェンプラズモンと狭い分子振動子のハイブリッド化により、振動子強度の向上と反射スペクトルのファノ散乱に関連した非対称性が得られる。

Infrared and terahertz plasmons in two-dimensional materials are commonly excited by metallic or dielectric grating couplers with deep-submicron features defined by electron lithography. Mass reproduction of such gratings at macroscopic scales is a labor-consuming and expensive technology. Here, we show that localized plasmons in graphene can be generated on macroscopic scales with couplers based on randomly oriented particle-like nanorods in close proximity to graphene layer. We monitor the excitation of graphene plasmons indirectly by tracking the changes in reflection/absorption spectra of Methylene Blue or Polymethyl methacrylate molecules deposited on the structure. Hybridization of spectrally broad graphene plasmon and narrow molecular oscillators results in enhanced oscillator strengths and Fano scattering related asymmetry of reflection spectra.

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