石墨烯/氧化锌界面的荧光增强行为的机制

石墨烯和等离激元是当前凝聚态物理领域中引人关注的对象。PRL论文Plasmon-Enhanced Ultraviolet Photoluminescence from Hybrid Structures of Graphene/ZnO Films (PRL 105, 127403, 2010) 报告了石墨烯/氧化锌界面的荧光增强行为的实验结果和理论解释。6163银河线路检测中心凝聚态物理与材料物理研究所、宽禁带半导体中心博士生杨薇同学和导师胡晓东教授就此进行了仔细和深入的研究。他们从理论上运用氧化锌的介电函数以及石墨烯电导率的半经典模型，计算了空气/石墨烯/氧化锌系统表面等离激元的色散曲线，并与随机相位近似的结果相比较，指出此种模式与金属/氧化锌界面等离激元模式的不同：前者的相速度远小于光速而后者速度与光速可比拟，由此引起的动量不匹配会造成表面等离激元与电磁场耦合的效率降低；另外，通过对Purcell因子的计算发现自发辐射速率的增强仅在纳米范围内可以实现，因而指出该文的实验结果和现有理论都不足以解释石墨烯等离激元趋肤深度的异常现象。最后，他们建议原作者采用背散射的实验方式以及时间分辨的荧光谱来直接研究石墨烯/氧化锌界面的荧光增强行为。

该评论文章获得PRL的三位审稿人的一致认同，并接收发表，见PRL 107, 159701 (2011)。

研究工作得到国家自然科学基金项目和国家973项目的资助。