硅烯量子点中的表面等离激元研究

Silicene, a single layer of thin film consisting of silicon atoms with honeycomb structures similar to graphene, has been attracting much attention because of its extraordinary physical properties, in particular its Dirac fermion characteristics. Silicene has many novel physical phenomena and potential applications. Thereinto, surface plasmons in silicene has especially wide application prospect. Combined with silicon-based modern electronics industry, silicene quantum dots are expected to be applied to many fields, such as nano-electronic devices, quantum information transmission. At present, the practical application of surface plasmons in silicene quantum dots still faces a number of important issues. Thereinto, for the actual situation, we still do not know how to tune surface plasmon resonance of the silicene quantum dots. The interaction mechanism between silicene nanostructure and substrates has not been studied, and, for the interaction mechanism between silicene nanostructures, the situation is the same. In order to solve the above problem, this project will investigate the surface plasmon in doped silicene nanostructures using time-dependent density functional theory and mang-body Green's function theory. We mainly research the influence of the specific doping elements and the specific doping structure on surface plasmons in doped silicene quantum dots. The coupling character of surface plasmons in silicene nanostructure pairs will be studied, and the influence of different substrates on surface plasmons in silicene quantum dots also will be investigated.The results could provide theoretical support for the application of silicene nano-optoelectronic devices.

硅烯是单原子层的硅薄膜，其结构与石墨烯类似，由于其奇特的物理性质特别是狄拉克-费米特性，近年来引起了人们的关注。同石墨烯一样，硅烯具有众多的新颖物理现象和应用潜能, 其中表面等离激元方面的应用前景尤其广阔。与以硅为基础的现代电子工业结合起来，硅烯量子点中的表面等离激元有望应用于纳米光电子器件、量子信息传输等领域。目前，硅烯量子点中表面等离激元的实际应用，还面临一些重要问题。其中，根据实际需要，如何调控硅烯量子点表面等离激元的共振机制还不清楚，硅烯量子点之间及硅烯量子点和衬底之间的耦合机理还没有研究。本项目针对以上物理问题，采用含时密度泛函和多体格林函数理论，研究不同的具体掺杂元素和掺杂方式如何调控硅烯量子点中表面等离激元的共振模式；硅烯量子点之间表面等离激元的耦合特征，以及不同衬底对硅烯量子点中表面等离激元的影响。通过本项目的研究，将为硅烯纳米光电子器件的应用提供直接的理论支持。

硅烯是单原子层的硅薄膜，其结构与石墨烯类似，由于其奇特的物理性质特别是狄拉克—费米特性，近年来引起了人们的关注。同石墨烯一样，硅烯具有众多的新颖物理现象和应用潜能, 其中表面等离激元方面的应用前景尤其广阔。与以硅为基础的现代电子工业结合起来，硅烯量子点中的表面等离激元有望应用于纳米光电子器件、量子信息传输等领域。目前，硅烯量子点中表面等离激元的实际应用，还面临一些重要问题。其中，根据实际需要，如何调控硅烯量子点表面等离激元的共振机制还不清楚，硅烯量子点之间及硅烯量子点和衬底之间的耦合机理还没有研究。本项目针对以上物理问题，采用含时密度泛函理论，研究了不同硅烯量子点的等离激元激发。对于纯硅烯量子点, 体系中有两个主要的等离激元共振带。 由于离域化的π电子参与了两个等离激元共振带的激发, 沿激发方向随着量子点尺寸边长的增加, 两个等离激元共振带都发生红移。 硅烯量子点的等离激元激发还依赖于边界的构型。对于硅烯量子点二聚物，沿垂直于硅烯所在平面方向激发时，在一定间距范围内，硅烯量子点二聚物中形成了长程电荷转移激发模式。参与长程电荷转移激发的π电子主要在两个量子点之间运动。该等离激元模式随着间隙的减小发生蓝移。此外，还研究了不同的具体掺杂元素和掺杂方式如何调控硅烯量子点中表面等离激元的共振模式，以及不同衬底对硅烯量子点中表面等离激元的影响。通过本项目的研究，将为硅烯纳米光电子器件的应用提供直接的理论支持。