I. Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về graphene và hệ điện tử trong đó. Các phương trình Maxwell được sử dụng để mô tả sự tương tác của plasmon với sóng điện từ. Đặc biệt, hiệu ứng trường địa phương và phương pháp gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA) được thảo luận để hiểu rõ hơn về tính chất plasmon. Các nghiên cứu cho thấy rằng đặc điểm plasmon trong graphene có thể được điều chỉnh thông qua nồng độ electron.
1.1. Hệ phương trình Maxwell
Hệ phương trình Maxwell mô tả sự tương tác giữa hệ điện tử và sóng điện từ. Các đại lượng quang học đặc trưng được xác định, cho thấy sự phản ứng của graphene đối với sóng điện từ phân cực dọc và ngang. Điều này giúp hiểu rõ hơn về động lực học của hệ điện tử trong graphene.
1.2. Dao động tử Lorentz
Dao động tử Lorentz được sử dụng để mô tả các trạng thái kích thích trong graphene. Hiệu ứng trường địa phương được xem xét để phân tích sự tương tác giữa plasmon và hệ điện tử. Kết quả cho thấy rằng các trạng thái này có thể ảnh hưởng đến tính chất quang của vật liệu.
II. Tính chất cơ bản của graphene
Chương này tập trung vào tính chất plasmon và cấu trúc mạng tinh thể của graphene. Liên kết hóa học và cấu trúc điện tử được phân tích để hiểu rõ hơn về đặc điểm plasmon. Đặc biệt, độ dẫn quang của graphene được thảo luận, cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ của vật liệu này.
2.1. Liên kết hóa học
Liên kết hóa học trong graphene được mô tả bằng mô hình liên kết chặt. Cấu trúc mạng tinh thể hình tổ ong tạo ra các đặc tính điện tử độc đáo, cho phép plasmon tồn tại và phát triển trong vật liệu này. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như nano-plasmonics.
2.2. Cấu trúc điện tử
Cấu trúc điện tử của graphene được mô tả gần đúng bằng mô hình Dirac. Các dải năng lượng dẫn và hóa trị tiếp xúc tại các điểm K trong vùng Brillouin. Điều này cho thấy sự tồn tại của các mode plasmon, đặc biệt là mode Dirac plasmon, có quy luật tán sắc tỉ lệ thuận với căn bậc hai của số sóng.
III. Đặc trưng plasmon trong graphene
Chương này khảo sát các đặc trưng của plasmon trong graphene ở các điều kiện khác nhau. Các nghiên cứu cho thấy rằng năng lượng plasmon có thể được điều chỉnh thông qua nồng độ electron và nhiệt độ. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử.
3.1. Năng lượng plasmon
Năng lượng plasmon trong graphene được xác định thông qua các phương pháp tính toán khác nhau. Các mode plasmon như pi-plasmons được phát hiện, cho thấy sự phong phú trong các trạng thái kích thích của hệ điện tử. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng quang học.
3.2. Ứng dụng trong nano plasmonics
Các đặc trưng plasmon của graphene có thể được ứng dụng trong nano-plasmonics, mở ra khả năng phát triển các linh kiện quang điện tử mới. Việc điều chỉnh nồng độ electron cho phép kiểm soát các đặc tính plasmon, tạo ra các ứng dụng tiềm năng trong công nghệ quang học.
