石墨烯由排列成六角蜂巢结构的碳原子构成,可以看做只有一个原子层的石墨。由于这个理想的二维材料拥有很多独一无二的性质,自从2004年被发现以来,石墨烯一直都是凝聚态物理方向的研究热点。其中最重要的就是该体系中无质量、有手性的狄拉克费米子。由于狄拉克线性色散关系,石墨烯展现出了很多新奇的物理现象,比如非零的最小电导、半整数量子霍尔效应、克莱因隧穿等等。最近的研究发现,石墨烯的线性色散关系也使它的等离激元行为与传统体系非常不同。石墨烯等离激元的自由调谐性、强能量局域效应、长激发寿命等优势使得石墨烯成为制造红外等离激元器件的理想材料。在这篇论文中,我们主要关注在石墨烯等离激元激发和传播中可能出现的量子行为。由于石墨烯只有单原子层厚,所以它的等离激元行为对环境非常敏感。因此,我们采取了多种方式来调节石墨烯的等离激元行为,比如周期势场、周期势垒以及层间耦合作用。另外,我们使用化学气相沉积法(CVD)制备用于等离激元研究的器件时,意外的发现了一种“折叠生长”的新型生长模式。具体的论文内容如下:第一章中,我们简要的介绍了石墨烯的晶格结构和线性的能量色散关系,然后详细的讨论了它新奇的电子学和光学性质,最后介绍了石墨烯与众不同的等离激元行为。第二章中,我们详细的介绍了一种称为“折叠生长”的新型生长模式。当石墨烯在六方氮化硼(h-BN)上生长时,其中一部分会自发的向后折叠然后反向生长,在折叠的位置形成闭合的双层边界。我们猜测,由于石墨烯和h-BN之间的相互作用非常弱,所以在高温下,石墨烯可以有足够的向层外生长的趋势。利用这种奇特的生长模式,我们设计制备了边界完全闭合的六角星双层石墨烯。另外,DFT理论计算结果也证实了折叠边界的稳定性。这个新型生长模式展示了设计、制备三维石墨烯结构的潜力。第三章中,我们利用分子局部掺杂的方式构建了石墨烯的周期势垒结构。等离激元被当做“探针”来探测单粒子在台阶势垒处的量子透射行为。我们通过调节载流子能量和台阶势垒高度的比值γ,大范围调节了等离激元在势垒处的反射率。等离激元虽然是载流子集体激发,然而其行为取决于单粒子的传播行为。进一步的,我们通过调节γ,调节了载流子在势垒之间的限制情况,进而可以控制等离激元在远场光照射下的完全激发和抑制。我们实现了等离激元激发、传播的量子调控,为制备等离激元电路打下了基础。第四章中,我们制备了石墨烯/h-BN/石墨烯异质结构来研究两层石墨烯的耦合体系。层间库伦相互作用会使得等离激元模式分为光学支和声学支,我们主要关注光学支的近场成像。我们通过调节下层石墨烯的载流子浓度得出了层间耦合强度与载流子浓度的依赖关系。通过对比理论计算和实验结果,我们发现在层间距趋近于0时二者出现了巨大的分歧,我们猜测这与两层石墨烯近距离情况下的层间量子隧穿行为有关。所以后续工作中我们将会详细研究层间耦合强度随层间距d的变化关系,以确定当层间隧穿出现时诱发的量子隧穿等离激元模式。