Au(111)薄膜表面等离激元和热载流子输运性质的理论研究

作者：张彩霞; 马向超^*; 张建奇

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(22): 312-324.

• Au(111)薄膜
• 输运性质
• 表面等离激元
• 热载流子

厚度低至原子层的金属薄膜具有优越的光吸收能力和导电特性,尤其是在金属薄膜和介质界面激发的表面等离激元,可以很好地捕获光子并产生热载流子,使其在提高太阳能电池的光电转换效率、设计近红外波段的光电探测器和基于表面等离激元的传感器等方面表现出优异的性质.然而,目前还缺少对金属薄膜的表面等离激元和热载流子性质的系统理论研究.本文基于多体第一性原理计算方法,系统地研究了1—5个原子层厚Au(111)薄膜的表面等离激元特性,以及由表面等离激元产生的热载流子的能量分布和输运性质.研究结果表明, Au(111)薄膜具有低损耗的表面等离激元特性.同时,在Au(111)薄膜和介质界面激发的表面等离激元约束程度较强,可以增强局部电场,这在纳米光子学应用中至关重要.此外, Au(111)薄膜具有高热载流子产生效率,且产生的热电子及热空穴能量较高,具有优异的平均自由程和平均自由时间.意外的是,Au(111)薄膜的直流电导率显著优于块体Au.这些结果为Au(111)薄膜在光电子器件和能量转换设备等的设计和制造提供了新的思路和理论基础.

• 单位
  西安电子科技大学