拓扑绝缘体对表面等离子体激元的调控研究

摘要

拓扑绝缘体是一种全新的量子电磁功能材料，具有绝缘性体能带结构和受时间反演对称性保护的自旋分辨的金属表面态。这样的特性使得拓扑绝缘体一经问世就引起了全世界的广泛关注，在量子计算、自旋电子器件、太赫兹探测等方面具有广泛应用前景。
　　随着拓扑绝缘体(Bi2Se3)表面等离子体激元的存在性在实验中得到证实，拓扑绝缘体有望应用于下一代光电集成器件中。对拓扑绝缘体表面等离子体激元特性的研究尤其是对其特性的调控研究，成为人们关注的焦点和热点。然而，目前对拓扑绝缘体表面等离子体激元调控方面的研究还处于起步阶段。
　　本文在对前人工作深入调研的基础上，首先研究了拓扑绝缘体的表面电导率和等效介电常数，并在此基础上分析拓扑绝缘体表面等离子体激元的特性。接着，围绕拓扑绝缘体对表面等离子体激元的调控进行了深入研究，为进一步研究拓扑绝缘体表面等离子体激元的应用做了较好的铺垫。论文的主要研究工作包含以下几个方面:
　　(1)介绍拓扑绝缘体的特点、发展及国际研究现状，尤其是拓扑绝缘体表面等离子体激元领域的研究现状。
　　(2)研究拓扑绝缘体表面等离子体激元的特性。首先分析了在拓扑绝缘体表面带隙打开条件下拓扑绝缘体的表面电导率，然后推导出拓扑绝缘体表面等效介电常数。最后，基于拓扑绝缘体的表面电导率，结合拓扑绝缘体表面的特殊金属性，分析了在拓扑绝缘体表面带隙打开条件下其表面等离子体激元的特性。
　　(3)研究拓扑绝缘体对表面等离子体激元共振的调控。首先给出了拓扑绝缘体条带周期结构的数值建模方法，然后用此方法研究了拓扑绝缘体条带周期结构的表面等离子体共振特性，并且将仿真结果与文献中的实验结果进行比较，验证数值建模方法的正确性。最后基于前面的数值建模方法进一步研究分析拓扑绝缘体圆盘周期结构对表面等离子体激元共振频率及幅度的调控。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 拓扑绝缘体的发展历史及特点

1．2 拓扑绝缘体表面等离子体激元的研究现状

1．3 论文的主要内容和安排

第二章 拓扑绝缘体表面等离子体激元的分析

2．1 拓扑绝缘体的表面电导率

2．2 拓扑绝缘体表面的等效介电常数

2．3 拓扑绝缘体表面等离子体激元的特性分析

2．4 本章小结

第三章 拓扑绝缘体表面等离子体激元共振的调控研究

3．1 条带周期结构的拓扑绝缘体对表面等离子体共振的调控

3．2 圆盘周期结构的拓扑绝缘体对表面等离子体共振的调控

3．3 本章小结

第四章 总结与展望

4．1 主要工作

4．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文