Dielectric response and novel electromagnetic modes in three-dimensional Dirac semimetal films

电介质 等离子体子 凝聚态物理 半金属 材料科学 介电常数 表面等离子体激元 物理 通带 极化子 表面等离子体子 电磁辐射 石墨烯 光学 光电子学 纳米技术 带隙 带通滤波器
作者
Oleg V. Kotov,Yu. E. Lozovik
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:93 (23) 被引量:316
标识
DOI:10.1103/physrevb.93.235417
摘要

Using the Kubo formalism we have calculated the local dynamic conductivity of a bulk, i.e., three-dimensional (3D), Dirac semimetal (BDS). We obtain that at frequencies lower than Fermi energy the metallic response in a BDS film manifests in the existence of surface-plasmon polaritons, but at higher frequencies the dielectric response is dominated and it occurs that a BDS film behaves as a dielectric waveguide. At this dielectric regime we predict the existence inside a BDS film of novel electromagnetic modes, a 3D analog of the transverse electric waves in graphene. We also find that the dielectric response manifests as the wide-angle passband in the mid-infrared (IR) transmission spectrum of light incident on a BDS film, which can be used for the interferenceless omnidirectional mid-IR filtering. The tuning of the Fermi level of the system allows us to switch between the metallic and the dielectric regimes and to change the frequency range of the predicted modes. This makes BDSs promising materials for photonics and plasmonics.

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