In this paper, we numerically investigate the edge plasmons in monolayer black phosphorus. It is found that the complex effective indexes of these modes depend on the molecular configuration of the edge. We have calculated the ratio of the real over the imaginary part of the mode effective index, and the results indicate that such edge modes indeed possess outstanding propagation performances in the mid-infrared. In the case of black phosphorus nanoribbon, it seems that only the anti-symmetric modes have low losses, and may be of use in applications. Compared with those at the edge of monolayer black phosphorus, the propagation performances can be further enhanced due to the mode coupling between the two edges. In the end, the effects of substrates are discussed. Our study shows that monolayer black phosphorus may be regarded as a promising candidate for plasmonic applications in the mid-infrared.

1.
F.
Xia
,
H.
Wang
, and
Y.
Jia
,
Nat. Commun.
5
,
4458
(
2014
).
2.
F.
Xia
,
H.
Wang
,
D.
Xiao
,
M.
Dubey
, and
A.
Ramasubramaniam
,
Nat. Photonics
8
(
12
),
899
907
(
2014
).
3.
L.
Kou
,
C.
Chen
, and
S. C.
Smith
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
(
14
),
2794
2805
(
2015
).
4.
L.
Li
,
Y.
Yu
,
G. J.
Ye
,
Q.
Ge
,
X.
Ou
,
H.
Wu
,
D.
Feng
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Nat. Nanotechnol.
9
(
5
),
372
377
(
2014
).
5.
H.
Liu
,
A. T.
Neal
,
Z.
Zhu
,
Z.
Luo
,
X.
Xu
,
D.
Tománek
, and
P. D.
Ye
,
ACS Nano
8
(
4
),
4033
4041
(
2014
).
6.
S. P.
Koenig
,
R. A.
Doganov
,
H.
Schmidt
,
A. H.
Castro Neto
, and
B.
Ozyilmaz
,
Appl. Phys. Lett.
104
(
10
),
103106
(
2014
).
7.
T.
Low
,
M.
Engel
,
M.
Steiner
, and
P.
Avouris
,
Phys. Rev. B
90
,
081408(R)
(
2014
).
8.
M.
Engel
,
M.
Steiner
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
14
(
11
),
6414
6417
(
2014
).
9.
N.
Youngblood
,
C.
Chen
,
S. J.
Koester
, and
M.
Li
,
Nat. Photonics
9
(
4
),
247
252
(
2015
).
10.
Q.
Guo
,
A.
Pospischil
,
M.
Bhuiyan
,
H.
Jiang
,
H.
Tian
,
D.
Farmer
,
B.
Deng
,
C.
Li
,
S. J.
Han
,
H.
Wang
,
Q.
Xia
,
T. P.
Ma
,
T.
Mueller
, and
F.
Xia
,
Nano Lett.
16
(
7
),
4648
4655
(
2016
).
11.
M.
Huang
,
M.
Wang
,
C.
Chen
,
Z.
Ma
,
X.
Li
,
J.
Han
, and
Y.
Wu
,
Adv. Mater.
28
(
18
),
3481
3485
(
2016
).
12.
L.
Shulenburger
,
A. D.
Baczewski
,
Z.
Zhu
,
J.
Guan
, and
D.
Tománek
,
Nano Lett.
15
(
12
),
8170
8175
(
2015
).
13.
D.
Çakır
,
C.
Sevik
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
92
,
165406
(
2015
).
14.
C. Q.
Han
,
M. Y.
Yao
,
X. X.
Bai
,
L.
Miao
,
F.
Zhu
,
D. D.
Guan
,
S.
Wang
,
C. L.
Gao
,
C.
Liu
,
D.
Qian
,
Y.
Liu
, and
J. F.
Jia
,
Phys. Rev. B
90
,
085101
(
2014
).
15.
Z. S.
Popović
,
J. M.
Kurdestany
, and
S.
Satpathy
,
Phys. Rev. B
92
,
035135
(
2015
).
16.
A.
Chaves
,
T.
Low
,
P.
Avouris
,
D.
Çakır
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
91
,
155311
(
2015
).
17.
Q.
Wu
,
L.
Shen
,
M.
Yang
,
Y.
Cai
,
Z.
Huang
, and
Y. P.
Feng
,
Phys. Rev. B
92
,
035436
(
2015
).
18.
H. B.
Ribeiro
,
M. A.
Pimenta
,
C. J. S.
de Matos
,
R. L.
Moreira
,
A. S.
Rodin
,
J. D.
Zapata
,
E. A. T.
de Souza
, and
A. H.
Castro Neto
,
ACS Nano
9
(
4
),
4270
4276
(
2015
).
19.
S.
Ge
,
C.
Li
,
Z.
Zhang
,
C.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
J.
Qiu
,
Q.
Wang
,
J.
Liu
,
S.
Jia
,
J.
Feng
, and
D.
Sun
,
Nano Lett.
15
(
7
),
4650
4656
(
2015
).
20.
J.
He
,
D.
He
,
Y.
Wang
,
Q.
Cui
,
M. Z.
Bellus
,
H. Y.
Chiu
, and
H.
Zhao
,
ACS Nano
9
(
6
),
6436
6442
(
2015
).
21.
T.
Wang
and
X.
Zhang
,
Opt. Express
23
(
24
),
30667
30680
(
2015
).
22.
M.
Snure
,
S.
Vangala
, and
D.
Walker
,
Opt. Mater. Express
6
(
5
),
1751
1756
(
2016
).
23.
S.
Lan
,
S.
Rodrigues
,
L.
Kang
, and
W.
Cai
,
ACS Photonics
3
(
7
),
1176
1181
(
2016
).
24.
N.
Mao
,
J.
Tang
,
L.
Xie
,
J.
Wu
,
B.
Han
,
J.
Lin
,
S.
Deng
,
W.
Ji
,
H.
Xu
,
K.
Liu
,
L.
Tong
, and
J.
Zhang
,
J. Am. Chem. Soc.
138
(
1
),
300
305
(
2016
).
25.
X.
Ling
,
S.
Huang
,
E. H.
Hasdeo
,
L.
Liang
,
W. M.
Parkin
,
Y.
Tatsumi
,
A. R. T.
Nugraha
,
A. A.
Puretzky
,
P. M.
Das
,
B. G.
Sumpter
,
D. B.
Geohegan
,
J.
Kong
,
R.
Saito
,
M.
Drndic
,
V.
Meunier
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Nano Lett.
16
(
4
),
2260
2267
(
2016
).
26.
J.
Lin
,
L.
Liang
,
X.
Ling
,
S.
Zhang
,
N.
Mao
,
N.
Zhang
,
B. G.
Sumpter
,
V.
Meunier
,
L.
Tong
, and
J.
Zhang
,
J. Am. Chem. Soc.
137
(
49
),
15511
15517
(
2015
).
27.
Y.
Liu
,
T.
Low
, and
P. P.
Ruden
,
Phys. Rev. B
93
,
165402
(
2016
).
28.
T.
Low
,
R.
Roldán
,
H.
Wang
,
F.
Xia
,
P.
Avouris
,
L. M.
Moreno
, and
F.
Guinea
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
106802
(
2014
).
29.
K. T.
Lam
and
J.
Guo
,
J. Appl. Phys.
117
,
113105
(
2015
).
30.
F.
Jin
,
R.
Roldán
,
M. I.
Katsnelson
, and
S.
Yuan
,
Phys. Rev. B
92
,
115440
(
2015
).
31.
Z.
Liu
and
K.
Aydin
,
Nano Lett.
16
(
6
),
3457
3462
(
2016
).
32.
A. B.
Fallahkhair
,
K. S.
Li
, and
T. E.
Murphy
,
J. Lightwave Technol.
26
(
11
),
1423
(
2008
).
33.
S. H.
Lee
,
M.
Choi
,
T. T.
Kim
,
S.
Lee
,
M.
Liu
,
X.
Yin
,
H. K.
Choi
,
S. S.
Lee
,
C. G.
Choi
,
S. Y.
Choi
,
X.
Zhang
, and
B.
Min
,
Nat. Mater.
11
(
11
),
936
941
(
2012
).
34.
Z.
Shi
,
H. A.
Bechtel
,
S.
Berweger
,
Y.
Sun
,
B.
Zeng
,
C.
Jin
,
H.
Chang
,
M. C.
Martin
,
M. B.
Raschke
, and
F.
Wang
,
ACS Photonics
2
(
7
),
790
796
(
2015
).
35.
V.
Tran
and
L.
Yang
,
Phys. Rev. B
89
,
245407
(
2014
).
36.
V. W.
Brar
,
M. S.
Jang
,
M.
Sherrott
,
J. J.
Lopez
, and
H. A.
Atwater
,
Nano Lett.
13
,
2541
2547
(
2013
).
37.
Z.
Fei
,
M. D.
Goldflam
,
J. S.
Wu
,
S.
Dai
,
M.
Wagner
,
A. S.
McLeod
,
M. K.
Liu
,
K. W.
Post
,
S.
Zhu
,
G. C. A. M.
Janssen
,
M. M.
Fogler
, and
D. N.
Basov
,
Nano Lett.
15
,
8271
8276
(
2015
).
You do not currently have access to this content.