Anisotropic radiative heat transfer between nanoparticles mediated by a twisted bilayer graphene grating

材料科学 石墨烯 纳米颗粒 凝聚态物理 极化子 纳米结构 表面等离子体激元 双层 各向异性 双层石墨烯 栅栏 等离子体子 光学 光电子学 物理 纳米技术 表面等离子体子 生物 遗传学
作者
Shuihua Yang,Yong Zhang,Ming-Qian Yuan,Cheng-Long Zhou,Hong-Liang Yi
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:104 (12) 被引量:17
标识
DOI:10.1103/physrevb.104.125417
摘要

Twisted two-dimensional bilayers exhibit many intriguing physical phenomena through interlayer twisting and coupling. Manipulating the ``twisted angle'' between the two evanescently coupled layers enables the hybridization of polaritons, and the dispersion engineering of polaritons in these structures can be well controlled. In this paper, we study the near-field radiative heat transfer (NFRHT) between two nanoparticles in the presence of a bilayered hyperbolic metasurface, which is modeled as two arrays of graphene strips (GSs) in parallel. We prove that the topological transition of the surface state under different twisted angles [from open (hyperbolic) to closed (elliptical) contours] has significant effect on NFRHT between nanoparticles. When both the integral and interlayer twisted angles are adjusted to proper values, the bilayered GS can canalize the energy transmission channel of the nanoparticles, hence significantly amplifying the NFRHT. A modulation factor beyond five orders of magnitude is achieved. We also demonstrate that, when the nanoparticles are arranged in different directions along the twisted bilayered system, NFRHT between nanoparticles can be strongly enhanced or inhibited. By changing the chemical potential and filling factor of the twisted bilayered GS, NFRHT can be effectively modulated. This paper reveals a hybridization effect of polaritons on NFRHT between nanoparticles, giving a degree of freedom (twisted angle) for controlling the heat transfer at the nanoscale with potential for effective energy management.
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