Eine quantenelektrodynamische Materiefeldtheorie für die Quantennanoplasmonik

• Antragsteller: Dr. Fouad Ballout
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253375095

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Anwendung einer um nichtlokale Wechselwirkung erweiterten Quantenfeldtheorie für Oberflächenplasmonpolaritonen am Beispiel eines semi-infiniten Elektronengases ergab eine Dispersion, die im Gegensatz zum semiklassischen Ansatz nicht eine zunehmende Blauverschiebung der Oberflächenmode mit kleiner werdender Wellenlänge zeigte, sondern gegen eine horizontale Asymptote bei Plasmonfrequenz ωp strebte und so die Lücke zwischen Bulkmode und Oberflächenmode schliesst. Daran anschliessend wurde auch für das 2D Material Graphen das quantenfeldtheoretische Modell um eine nichtlokale Beschreibung erweitert um die SPP-Dispersion in den Bereich des Elektron-Loch-Kontinuums weiterzuverfolgen und den Einfluss der Landau-Dämpfung auf eine Plasmonemission herauszuarbeiten. Wir haben gezeigt, dass es eine durch die Dotierung und der Temperatur definierten Parameterraum existiert in dem Plasmonverstärkung möglich ist. Abschliessend wurde ein Grundgerüst für ein erweitertes Modell der Coulombstreuung in photoinvertiertem Graphen vorgestellt, um die Carrier-Carrier-Streuung als Carrier-Streuung mit einem bosonischen Meanfeld darzustellen und die Carrier-Streuung mit Plasmonen von der Carrier-Streuung mit Elektron-Loch-Paaren abzuseparieren und die Nichtgleichgewichtsdynamik der Plasmonverteilung aufzulösen. Zum letzten Punkt konnte nicht vorgedrungen werden, da die Polstruktur der Energieverlustfunktion nicht sauber von seinem inelastischen Untergrund abgetrennt werden konnte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Nonequilibrium plasmons with gain in graphene", Physical Review B 91 (2015), 075404
  A. F. Page, F. Ballout, O. Hess, and J. M. Hamm