We present a theoretical investigation of the surface plasmon (SP) at the interface between a topologically nontrivial cylindrical core and a topologically trivial surrounding material, from the axion electrodynamics and modified constitutive relations. We find that the topological effect always leads to a red-shift of SP energy, while the energy red-shift decreases monotonically as core diameter decreases. A qualitative picture based on classical perturbation theory is given to explain these phenomena, from which we also infer that to enhance the shift, the difference between the inverse of dielectric constants of two materials must be increased. We also find that the surrounding magnetic environment suppresses the topological effect. All these features can be well described by a simple ansatz surface wave, which is in good agreement with full electromagnetic eigenmodes. In addition, bulk plasmon energy at p = 17.5 ± 0.2 eV for a semiconducting Bi 2 Se 3 nanoparticle is observed from high-resolution electron energy loss spectrum measurements. PACS Nos.: 73.20.Mf, 78.67.Uh.
Résumé :Nous présentons une étude théorique du plasmon de surface (SP) à l'interface entre un coeur cylindrique topologiquement non trivial et un matériel enveloppant topologiquement trivial, à partir de l'électromagnétisme de l'axion et de relations constitutives modifiées. Nous trouvons que l'effet de la topologie mène toujours vers un déplacement vers le rouge de l'énergie et que ce même déplacement décroit de façon monotone lorsque le coeur rapetisse. Afin d'expliquer ce phénomène, nous proposons une vision qualitative basée sur la théorie classique des perturbations, d'où nous inférons que, pour augmenter le déplacement vers le rouge, la différence entre les inverses des constantes diélectriques des deux milieux doit augmenter. Nous trouvons également qu'un champ magnétique environnant détruit l'effet topologique. Tous ces phénomènes sont bien décrits par le simple ansatz d'une onde de surface, qui est en bon accord avec l'ensemble des modes propres électromagnétiques. De plus, nous observons par mesure du spectre d'énergie électronique perdue à haute résolution, que l'énergie du plasmon dans la nanoparticule semi-conductrice de Bi 2 Se 3 est p = 17.5 ± 0.2 eV. [Traduit par le Rédaction]