Dipole excitation of collective modes in viscous two-dimensional electron systems
Dipole excitation of collective modes in viscous two-dimensional electron systems
复制标题
粘性二维电子系统中集体模式的偶极子激发
DOI：
10.1103/physrevb.102.205411
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发表时间：
2020
影响因子：
3.7
通讯作者：
Margetis, Dionisios
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Andreeva, Vera;Bandurin, Denis A.;Luskin, Mitchell;Margetis, Dionisios
本文描述了垂直赫兹电偶极源辐射到无限远、双折射不变的二维电子系统上的时谐电磁场的结构。我们的电子流模型考虑到剪切和霍尔粘度的影响，以及外部静态磁场垂直于表。我们确定两种波模式，即表面等离子体激元和扩散模式。在存在外部静磁场的情况下，扩散模式结合了常规扩散和霍尔扩散的特征，并且可以表现出负的群速度。在我们的分析中，我们精确地解决了一个边值问题的时谐麦克斯韦方程耦合线性流体动力学方程的平坦，二维材料。通过数值计算片上电磁场的积分，我们发现等离子体的贡献占主导地位的偶极子源的中间场区域。相反，扩散模的振幅在近场区域达到最大值，并随着离源的距离而迅速衰减。我们表明，扩散模式可以区分从等离子体在静磁场的存在下，当高度振荡的等离子体是有间隙的，并趋于消失。
We describe the structure of the time-harmonic electromagnetic field of a vertical Hertzian electric dipole source radiating over an infinite, translation-invariant two-dimensional electron system. Our model for the electron flow takes into account the effects of shear and Hall viscosities as well as an external static magnetic field perpendicular to the sheet. We identify two wave modes, namely, a surface plasmon and a diffusive mode. In the presence of an external static magnetic field, the diffusive mode combines the features of both the conventional and Hall diffusion and may exhibit a negative group velocity. In our analysis, we solve exactly a boundary value problem for the time-harmonic Maxwell equations coupled with linearized hydrodynamic equations for the flat, two-dimensional material. By numerically evaluating the integrals for the electromagnetic field on the sheet, we find that the plasmon contribution dominates in the intermediate-field region of the dipole source. In contrast, the amplitude of the diffusive mode reaches its maximum value in the near-field region, and quickly decays with the distance from the source. We demonstrate that the diffusive mode can be distinguished from the plasmon in the presence of the static magnetic field, when the highly oscillatory plasmon is gapped and tends to disappear.
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