Photocurrent in a visible-light graphene photodiode
我们计算了一个干净的石墨烯样品中的光电流，该样品通常被单色电磁场照射并受到阶跃状静电势的影响。我们认为光子能量$\hbarΩ$，显着超过势垒的高度，是在最近的实验与石墨烯为基础的光电探测器的情况。光电流来自于电子对光子的共振吸收，并且随着比率$\hbarΩ/U_0$的增加而减小。它受背景栅极电压的影响很小，并且取决于光偏振，如$\propto\sin^2γ$，$γ$是电势和偏振平面之间的角度。
2011-02-03 cond-mat.mes-hall
Visible and infrared photocurrent enhancement in a graphene-silicon Schottky photodetector through surface-states and electric field engineering
高效的石墨烯-硅（GSi）肖特基结光电探测器的设计需要详细了解的光响应的空间起源。扫描光电流显微镜（SPM）的研究已经进行了在可见光波长区域，其中由于硅的响应是占主导地位的。在这里，我们提出了比较SPM的研究，在可见光（$λ$ = 633 nm）和红外（$λ$ = 1550 nm）波长区域的GSi肖特基结光电探测器架构的数量，揭示了硅和石墨烯为主的响应，分别的光响应机制，并证明了静电对设备性能的影响。与石墨烯-硅结的本体相比，石墨烯边缘处的局部电场增强导致光响应增加十倍以上。这种石墨烯边缘的有意设计和图案化被证明是提高器件整体光响应的有效策略。补充模拟和建模阐明了观察到的效果，并强调了在器件设计中考虑石墨烯的形状和图案以及器件几何形状的重要性。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Generation of Half-Integer Harmonics and Efficient THz-to-Visible Frequency Conversion in Strained Graphene
本文研究弯曲石墨烯在赝磁场作用下打破中心对称性并产生偶次及半整数谐波的机制，揭示了利用应变石墨烯实现高效太赫兹到可见光频率转换的潜力。
2021-05-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Visible-Light Assisted Covalent Surface Functionalization of Reduced Graphene Oxide Nanosheets with Arylazo Sulfones
本文提出一种环境友好的可见光辅助方法，利用芳基偶氮砜在水性介质中对还原氧化石墨烯纳米片进行共价芳基化功能化，具有条件温和、无需光敏剂、官能团耐受性好和高原子分数等优点。
2023-07-05 cond-mat.mes-hall
Measurement of the Optical Absorption Spectra of Epitaxial Graphene from Terahertz to Visible
我们目前的实验结果的光学吸收光谱的外延石墨烯从可见光到太赫兹（THz）的频率范围。在太赫兹范围内，吸收主要由带内过程与频率依赖性类似的德鲁德模型。在近红外波段，吸收是由于带间过程和测量的光学电导率接近的理论值的$e^{2}/4\hbar$。我们提取的载流子密度，碳原子层的数量，和带内散射时间的测量值。
2008-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Image sensor array based on graphene-CMOS integration
基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的集成电路是过去40年技术革命的核心，因为这些集成电路实现了紧凑和低成本的微电子电路和成像系统。然而，该平台向微电路和可见光相机以外的应用的多样化受到了将硅以外的其他半导体与CMOS结合的困难的阻碍。在这里，我们首次展示了具有石墨烯的CMOS集成电路的单片集成，作为高迁移率光电晶体管。我们展示了一个高分辨率的图像传感器，并将其作为一个数码相机，是敏感的紫外线，可见光和红外线。所展示的石墨烯-CMOS集成对于将2D材料纳入下一代微电子，传感器阵列，低功耗集成光子学和CMOS成像系统（覆盖可见光，红外线甚至太赫兹频率）至关重要。所展示的石墨烯-CMOS集成对于将2D材料纳入下一代微电子、传感器阵列、低功耗集成光子学和覆盖可见光、红外甚至太赫兹频率的CMOS成像系统至关重要。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall
Resonant Visible Light Modulation with Graphene
可见光和近红外（vis-NIR）频率的光的快速调制和切换对于光信号处理和传感技术至关重要。似乎没有根本的限制阻止我们设计波长大小的设备，能够在这些光谱范围内以千兆赫（甚至太赫兹）的速度控制光的相位和强度。然而，这个问题在很大程度上仍然没有解决，尽管最近在使用量子阱和相变材料用于该目的方面取得了进展。在这里，我们探索了一种基于石墨烯卓越的电光特性的替代解决方案。特别是，我们预测单位阶的变化，在电子掺杂的石墨烯片耦合到现实的工程光学腔产生的可见-近红外光的传输和吸收。光强度在石墨烯平面处增强，并且其吸收也增强，这可以通过改变掺杂水平经由泡利阻断来切换和调制。具体来说，我们探索介质平面腔隧穿或法布里-珀罗共振传输条件下，以及米氏模式在硅纳米球和晶格共振在金属颗粒阵列。我们的模拟揭示了透射率的绝对变化超过90%，以及消光比>15 dB，使用可行的材料参数具有小的插入损耗，从而支持石墨烯在可见-近红外频率的快速电光中的应用。
2015-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Highly efficient rubrene-graphene charge transfer interfaces as phototransistors in the visible regime
石墨烯等原子级薄材料对来自相邻材料的电荷转移具有独特的响应性，使其成为光电晶体管器件中理想的电荷传输层。有机半导体作为光活性层的有效实施将在仿生电路和超宽带成像中开辟大量应用，但是多晶和非晶薄膜与无机半导体相比显示出较差的性能。在这里，我们利用红荧烯单晶中的长程序来设计有机发光体-石墨烯光电晶体管，其光电门效率超过先前报道的一个数量级。基于这些界面的光电晶体管对可见光波长具有光谱选择性，并且通过光电导增益机制，在室温下实现了高达10^7 A/W的响应度和1.5 × 10^9琼斯的探测率。这些发现指向实现低成本，柔性材料，用于在超低光水平下放大成像。
2017-10-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Graphene quantum dots with Stone-Wales defect as a topologically tunable platform for visible-light harvesting
在这项工作中，我们首次报道了拓扑异常如Stone-Wales（SW）型键旋转在调整石墨烯量子点（GQD）光学性质中的关键作用。通过第一性原理计算，我们首次发现量子点的结构稳定性强烈依赖于SW缺陷的位置。然后使用电子相关方法计算光学吸收光谱，以证明SW型重建是负责的光学间隙以下的新的缺陷引起的峰的出现，并显着修改的光学吸收曲线。此外，我们的调查表明，电子相关效应变得更占主导地位的SW缺陷的GQD。我们最终确定，在特定位置处引入SW缺陷强烈增强了可见光范围内的光吸收，这对于设计光捕获、光催化和光电子器件是至关重要的。
2021-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optical Response of Graphene Quantum Dots in the Visible Spectrum: A Combined DFT-QED Approach
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（国家科学研究与技术委员会）；Facultad de Ingeniería-LIDTUA-CIC, Universidad Austral（奥斯特拉尔大学工程学院）；Departamento de Física, Universidad de Buenos Aires and IFIBA（布宜诺斯艾利斯大学物理系）；Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas Físico-Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Río Cuarto（里奥夸尔托国立大学理学院物理系）
本文结合DFT与QED研究石墨烯量子点的动态特性，通过氢原子饱和边缘模拟多环芳烃，计算其光学特性如跃迁频率、偶极矩、寿命及分子能级人口动态。
2026-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrical Tuning of Surface Plasmon Polariton Propagation in Graphene-Nanowire Hybrid Structure
我们展示了石墨烯-纳米线混合结构在可见光范围内的动态表面等离子体激元调制，这在以前被认为是石墨烯基场效应晶体管调制器的艰巨任务。实验上获得了高达0.07dB/μm的静态调制深度。仔细的模拟表明，在银NW和石墨烯片之间的界面处的强烈聚焦的电磁场和显著增强的电场是使器件的光学响应达到可见光范围的关键作用。进一步研究了单层石墨烯在狄拉克点附近的调制行为和双层石墨烯的奇异性。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall
Graphene-silicon device for visible and infrared photodetection
石墨烯-硅（Gr-Si）结的制备涉及到平行金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的形成，该结构通常被忽视，但对器件的光电性能起着重要作用。在这项工作中，石墨烯转移到图案化的n型Si衬底上，由$Si_3N_4$覆盖，产生Gr-Si器件，其中平行MIS由围绕Gr-Si结的$Gr-Si_3N_4-Si$结构组成。Gr-Si器件表现出整流行为，整流比高达$10^4$。研究其温度特性对于精确估计零偏压下的肖特基势垒高度$ϕ_{b0}=0.24 eV$、有效理查森常数$A^*=7 \cdot 10^{-10} AK^{-2}cm^{-2}$和Gr-Si结的二极管理想因子n=2.66是必要的。该器件在可见光和红外（IR）光谱区的光电流和光电压模式下作为光电探测器工作。在500-1200 nm波长范围内，响应度高达350 mA/W，外量子效率（EQE）高达75%。在1200 nm以上观察到响应度降低至0.4 mA/W，EQE降低至0.03%，即在硅光学带隙之外的IR区域中，其中光激发由石墨烯驱动。最后，基于两个背靠背二极管的模型，一个用于Gr-Si结。另一个是针对$Gr-Si_3N_4-Si$ MIS结构的，用来解释Gr-Si器件的电学行为。
2021-05-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Two-dimensional borophene: In-plane hyperbolic polaritons in the visible spectral range
本研究利用铝基化学气相沉积在多种基底上成功合成χ3硼烯，结合第一性原理与深亚波长阴极荧光光谱，揭示了其在可见光范围内的极端各向异性及面内双曲极化激元响应，为光电应用开辟新途径。
2025-02-03 cond-mat.mes-hall
Introducing Corrections to the Reflectance of Graphene by Light Emission
本文通过转移矩阵方法研究多层石墨烯的光发射，发现其反射率存在源于各层吸收的相干发射修正，并实验验证，表明其可作为部分相干光源并有望用于面发射激光器。
2024-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Responsivity Gate Tunable UV-Visible Broadband Phototransistor Based on Graphene-WS2 Mixed Dimensional (2D-0D) Heterostructure
近年来，过渡金属-二硫属化合物（TMDC）量子点（QD）的合成取得了很大的进展，其宽带吸收光谱和波长选择性使其在宽带光电探测器中的应用越来越广泛。通过基于溶液的处理，我们展示了由WS_2 QD修饰的CVD石墨烯作为有源沟道制成的超大（~ 0.75 mm^2）、UV-Vis宽带（365-633 nm）光电晶体管，该光电晶体管在环境条件下具有非凡的稳定性和耐久性（直到制造后4个月没有任何光电流退化）。在这里，胶体0 D WS_2-QD被用作光吸收材料，石墨烯用作导电通道。高光响应度在低偏压（V_{ds} = 1V）和365 nm的光照下，获得了高探测率（2.2 × 10^{-14} W/Hz）和低噪声等效功率（4 × 10^{-14} W/Hz）（3.1 × 10 ^2 A/W），光功率低至0.8 μW/cm ^2，光功率还可以通过调节栅偏压来调节。当比较两种不同形貌WS_2（量子点和二维纳米片）的光电流时，观察到基于量子点的器件的光电流显著增强。基于从头计算密度泛函理论的计算进一步支持了我们的观察，揭示了量子限制的作用，增强的光响应。我们的工作揭示了一种可扩展的，具有成本效益的，高性能的混合二维（2D/0 D）光电探测器与石墨烯WS_2量子点的策略，为下一代光电应用铺平了道路。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Many-Electron Effects on Optical Absorption Spectra of Strained Graphene
采用第一性原理GW+Bethe Salpeter方程方法研究了单轴应变石墨烯的电子结构和光吸收谱，并考虑了多电子效应.外加应变不仅引起各向异性费米速度，而且使狄拉克锥的轴倾斜。结果，应变石墨烯的光学响应显著改变;光学吸收是各向异性的，强烈地依赖于入射光的偏振方向和应变取向;来自原始石墨烯的π-π* 跃迁的特征单个光学吸收峰分裂成两个峰，并且都显示增强的激子效应。在红外区域内，单轴应变石墨烯的光吸收率不再是常数，因为对称性破缺和相关的各向异性激子效应。在可见光范围内，我们观察到一个突出的光学吸收峰，这是由于电子-空穴相互作用引起的显著的红移，使我们能够改变拉伸石墨烯的可见颜色和透明度。最后，我们还揭示了增强的激子效应在紫外区（8至15电子伏特），其中几个几乎绑定激子被确定。
2011-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visibility of graphene flakes on a dielectric substrate
我们模型的光学可见性的单层和双层石墨烯沉积在硅/氧化硅衬底上或热退火的碳化硅表面上。我们考虑反射和透射设置，并发现可见性是最强的反射达到最佳条件时，裸基板透射光共振。在光学频率范围内，双层的可见度大约是单层的两倍，从而使两种类型的石墨烯彼此可区分。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall
Making Consistent Contacts to Graphene: Effect of Architecture and Growth Induced Defects
研究了接触结构、石墨烯缺陷密度和金属-半导体功函数差对金属-石墨烯接触电阻率的影响。发现在石墨烯底部具有金属的架构产生比石墨烯顶部的金属低4倍且最一致的折射率。发现石墨烯膜中的生长缺陷进一步将电阻率降低2倍。使用方法和所用金属的组合，使用钯作为接触金属，石墨烯的接触电阻率已经降低了10倍至1200 ± 250欧姆-μ m。虽然改进的一致性是由于金属能够接触底部架构上的金属中的未污染的石墨烯，但是在具有相同金属的有缺陷的石墨烯上观察到的较低的接触电阻率归因于沟道中量子传输模式的数量增加。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Graphene Laminate: Making Plastic Thermally Conductive
我们研究了沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上的石墨烯层压膜的热导率。研究了两种类型的石墨烯层压材料-沉积和压缩-以确定影响热传导最多的物理参数。使用光热拉曼技术和一组石墨烯层压体厚度为9至44微米的悬浮样品进行测量。发现石墨烯层压体的热导率在室温下在40 W/mK至90 W/mK的范围内。出乎意料地发现，石墨烯薄片的平均尺寸和排列是比石墨烯层压体的质量密度更重要的限定热传导的参数。在未压缩和压缩的层压板中，热导率随平均石墨烯片尺寸线性增加。由于更好的薄片对齐，对于相同的平均薄片尺寸，压缩的层压板具有更高的导热率。通过用薄石墨烯层压膜涂覆塑料材料，塑料材料的热导率提高高达600倍的可能性具有重要的实际意义。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-voltage characteristics of graphene devices: interplay between Zener-Klein tunneling and defects
我们报告了一个理论/实验研究的电流-电压特性（I-V）的石墨烯器件附近的狄拉克点。I-V可以用幂律（I \propto V^α，其中1< α<= 1.5）来描述。当迁移率较低时，指数较高。这种超线性的I-V解释在Zener-Klein运输，即不同能带之间的隧道，和缺陷散射之间的相互作用。令人惊讶的是，Zener-Klein隧穿通过缺陷的存在而变得可见。
2010-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of structural and chemical disorders on the visible/UV spectra of carbonaceous interstellar grains
最近在实验和理论上对石墨烯（石墨的基本成分）的理解取得了惊人的进展，本文从第一性原理计算了由石墨烯层堆叠而成的纳米颗粒的紫外消光。该理论还涵盖了石墨烯受到结构，化学或取向无序影响的情况，每种无序类型由单个参数定量定义。发现这种模型材料所携带的消光凸块的位置和宽度与已知的天文学2175中微子特征在相同的范围内：随着无序参数的增加，凸块宽度从0.85增加到2.5 $μ$ m $^{-1}$，而其峰值位置从4.65移动到4.75 $μ$ m $^{-1}$。中等程度的无序足以覆盖绝大多数观察到的隆起的宽度范围（0.75至1.3 $μ$ m $^{-1}$）。更高的度数说明了异常值，也在天空中观察到。结构或化学无序的引入相当于将初始的$sp^{2}$键合改变为$sp^{3}$或$sp^{1}$，因此模型材料的光学性质变得类似于在实验室中研究的或多或少无定形富碳材料：a-C、a-C：H、HAC、ACH、煤等。
2013-04-17 astro-ph.GA cond-mat.mes-hall
Electron interference in ballistic graphene nanoconstrictions
我们已经实现了在SiC台面结构的侧壁上生长的弹道石墨烯纳米带的纳米尺寸收缩。我们设备的高质量允许观察许多电子量子干涉现象。在不同的温度下，通过原位传输测量来探测法布里-珀罗类共振的传输。共振的能量由收缩的尺寸决定，而收缩的尺寸可以使用STM光刻精确控制。测量的电导的温度和尺寸的依赖性与紧束缚计算定量一致。即使在室温下，这些干扰效应也是可见的，这一事实使得所报道的器件作为未来碳基电子器件的构建模块具有吸引力。
2016-05-04 cond-mat.mes-hall
Graphene hot-electron light bulb: incandescence from hBN-encapsulated graphene in air
石墨烯优异的电子和机械性能使其能够承受非常大的电流，从而使其能够在悬浮设备中通过焦耳加热而白炽化。虽然科学上很有趣，技术上也很有前途，但这个过程在周围环境中是无法实现的，因为石墨烯在高温下会迅速氧化。在这里，我们通过用六方氮化硼（hBN）封装石墨烯，将石墨烯基白炽灯器件的性能提升到一个新的水平。值得注意的是，我们发现hBN封装即使在远高于2000 K的温度下也为热石墨烯细丝提供了优异的保护。hBN无与伦比的抗氧化性与原子级清洁的石墨烯/hBN界面相结合，使我们的器件在大气中连续运行数小时后仍能稳定发光。此外，当被限制在简单的光子腔中时，热发射光谱被腔模修改，将发射移动到可见范围光谱。我们相信，我们的研究结果表明，hBN/石墨烯异质结构可用于方便地探索技术上重要的高温制度，并为石墨烯基系统的未来光电应用铺平道路。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall
Making Graphene Nano Inductor Using Table Top Laser Engraver
由于器件小型化的迅猛发展，人们对所谓的纳米电子器件产生了极大的兴趣。微纳米电阻和电容的制备已经取得了一定的进展，但到目前为止，在纳米线圈电感方面的研究还很少。这是因为具有围绕金属芯盘绕的线的螺线管的设计的小型化的物理限制。因此，虽然晶体管变得越来越小，但电子产品中的基本电感器仍然相对庞大。几乎没有方法可以制造导电聚合物线圈和石墨烯基动力学纳米电感器，但它们的大规模制造过程很复杂，大多超出了目前可用的商业技术。因此，需要一种更简单、可扩展且鲁棒的制造技术来克服这一瓶颈。在这项工作中，我们展示了一种新的技术，包括使用激光雕刻机的（聚）乙烯醇（PVA）/氧化石墨烯膜复合材料，导致在一个大的感应效应的激光光刻。我们将这种行为归因于由通过π-π相互作用连接到还原氧化石墨烯薄片的聚乙炔链组成的高曲率扭曲螺旋位错型导电通路的形成，从而导致诱导效应。
2020-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Flexible hybrid graphene/a-Si:H multispectral photodetectors
我们报告了大面积CVD生长的单层和双层石墨烯透明导电电极（TCEs）在非晶硅多光谱光电探测器上的集成。石墨烯的宽带传输导致检测器在λ = 320 nm处的紫外（UV）区域中的光谱响应与具有常规铝掺杂氧化锌（ZnO：Al）电极的参考装置相比增强440%。多光谱光电探测器的最大响应度可以通过外部偏置电压在320 nm至510 nm的波长范围内进行调谐，从而实现对UV至可见光的单像素检测。石墨烯电极进一步实现了聚酰亚胺基板上的完全柔性二极管。在这里，从单层到双层石墨烯的升级将最大光响应度从134 mA $W^{-1}$提升到239 mA $W^{-1}$。由于原子级薄的石墨烯电极，抑制了常规TCE器件中存在的干涉图案。所提出的检测器可能是感兴趣的领域中的UV/VIS光谱学或生物医学和生命科学的应用，其中扩展到UV范围可能是必不可少的。
2017-08-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene Enabled Optoelectronics on Paper
由于纸的表面粗糙度大以及与光学材料的不相容性，在纸上实现光电子器件一直是一个突出的挑战。在这里，我们展示了一类新的光电子器件在一张打印纸上使用石墨烯作为电可重构光学介质。我们的方法依赖于通过阻断带间电子跃迁来电调制纸上多层石墨烯的光学性质。纸基器件在可见光谱中产生高光学对比度，响应速度快。将石墨烯图案化成多个像素、将纸折叠成三维形状或在纸基底上印刷彩色墨水使我们能够展示无法用基于晶片的技术实现的新型光电子器件。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Macroscopic graphene membranes and their extraordinary stiffness
悬浮石墨烯的特性目前引起了人们极大的兴趣，但可用样品的尺寸小以及制造它们的困难严重限制了可用于研究这种单原子厚度材料的光学，机械，电子，热学和其他特性的实验技术的数量。在这里，我们描述了一种新的和高度可靠的方法，用于制造宏观尺寸（目前直径高达100微米）的石墨烯膜，并通过透射电子显微镜对其进行表征。特别是，我们已经发现，仅由一侧支撑的长石墨烯梁不会滚动或折叠，这与目前石墨烯作为柔软薄织物的看法形成鲜明对比，但表现出足够的刚度来支撑超过其自身重量数百万倍的超大负载，与所提出的理论一致。我们的工作为研究悬浮石墨烯并将其用于各种微机械系统和电子显微镜开辟了许多途径。
2008-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and thermal conduction properties of halogenated porous graphene nanoribbons
在密度泛函理论（DFT）计算的框架下，我们研究了卤素原子钝化的多孔石墨烯（PG）结构作为高效热电器件的可能候选者的电子和热性质。对扶手椅型和锯齿型卤化PG纳米带进行了比较分析。的电子性质是一致的预期行为的两种类型的终端，但与不同的卤素原子引入的显着影响。取决于孔径和卤素类型，声子能带结构中的伪间隙在低频范围内是可见的，这对于低温下的热传导特别重要。当卤素的原子序数增加时，能隙系统地向较低能量移动。同时，电子能隙减小，这对于在热电器件中获得大的品质因数也是必不可少的。这表明通过卤素钝化来调节PG结构的电子和热性质的可能性。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
