Nonadiabatic Nonlinear Optics and Quantum Geometry -- Application to the Twisted Schwinger Effect
研究了强相干激光场在固体中诱导非线性光学过程的隧穿机制。该理论是基于扩展的Landau-Zener模型与非绝热几何效应。除了先前已知的整流效应，我们发现两种效应，即完美隧穿和反绝热在快速扫描速度。我们将这一理论应用于扭曲的施温格效应，即，研究了旋转电场作用下粒子对的非绝热产生，并找到了Dirac和Weyl费米子中光谷极化和光电流的非微扰产生机制。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall hep-th nucl-th
Photon emission in the graphene under the action of a quasiconstant external electric field
在我们早期工作中发展的强场QED的非微扰公式之后，利用石墨烯的Dirac模型，我们构造了一个简化的QED_{3,2}来描述石墨烯中的一种Dirac费米子与外部电场和光子的相互作用.在此基础上，我们考虑了该模型中的光子发射，构造了总几率的封闭公式。利用导出的公式，我们研究了在时间间隔T内作用于石墨烯平面的准恒定电场中电子的光子发射和伴随真空不稳定性的光子发射的概率。我们研究了发射的角度和偏振分布以及高频和低频近似下的发射特性。我们分析了所提出的计算在实验室条件下的石墨烯物理的适用性。事实上，我们正在讨论在这些条件下可能观察到的Schwinger效应。
2023-02-08 cond-mat.mes-hall hep-ph hep-th
Radiation from electrons in graphene in strong electric field
利用石墨烯的Dirac模型研究了在均匀电场作用下石墨烯中电子与量子化电磁场的相互作用。电子状态表示的狄拉克方程的精确解的电背景下，和描述与光子场的相互作用的一阶费曼图的振幅计算大规模狄拉克粒子在两个山谷。导出了单电子和多电子系统在电荷中性点的光子发射几率，包括角度和频率的依赖关系，并分析了几种极限情况。强场中狄拉克点处的光子发射模式由电子-空穴对的非微扰产生与自发发射之间的相互作用决定，这使得在测量直流电压下原始石墨烯发射的辐射时观察到Schwinger效应成为可能。
2014-05-05 cond-mat.mes-hall hep-th
Spectral fringes without subcycles in Schwinger pair production and Dirac materials
Saint Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
该研究展示了在Schwinger对产生和Dirac材料中，即使在没有子周期的光滑单峰电场脉冲下，也能出现明显的谱条纹，通过比较高斯脉冲和弱变形脉冲在非绝热过渡中的纵向动量谱差异，揭示了谱条纹的形成机制。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall hep-ph
Low-dimensional approach to pair production in an oscillating electric field: Application to bandgap graphene layers
研究了在外加电场作用下从量子场论基态产生粒子-反粒子对的问题。从四维时空中的量子动力学Boltzmann-Vlasov方程出发，通过空间紧化得到了低维的相应方程。我们在$2+1$ -维的结果被应用到带隙石墨烯层，其中的载流子具有像轻质量狄拉克费米子的行为的特定属性。我们计算的情况下的单粒子分布函数的电场振荡的时间，并表明，在这个凝聚态系统中的粒子-空穴对的创建非常类似的电子-正电子对生产的Schwinger效应。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall hep-ph
Graphene transparency in weak magnetic fields
我们进行了一个明确的计算的真空极化张量的有效的低能量模型的单层石墨烯中存在的弱磁场强度$B$垂直对齐的膜。通过将Schwinger真时表象中的准粒子传播子展开到$(eB)^2$阶，其中$e$是单位电荷，我们发现了一个明确的横截张量，与规范不变性一致。此外，假设石墨烯沿着外场方向用频率为$ω$的单色光辐射，从修改的麦克斯韦方程组，我们推导出透射光的强度和偏振旋转角度的纵向（$σ_{xx}$）和横向（$σ_{xy}$）电导率。对这些量的修正，无论是计算的还是测量的，都是$(eB)^2/ω^4$级的。我们的研究结果从实验和理论的角度概括和补充了文献中报道的关于石墨烯中光吸收问题的先前已知结果，有和没有外部磁场。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall hep-th
Ballistic transport in graphene beyond linear response
定量描述了在石墨烯中由电场相干产生粒子-空穴激发的过程，超越了线性响应。我们利用紧束缚模型计算了在弹道机制下电场E的电流密度、电子对数目和能量的演化。而对于小的弹道飞行时间，电流在E中是线性的并且与时间无关，对于较大的弹道飞行时间，电流增加，并且最终在更大的时间处发生布洛赫振荡。它示出的对的数量如下的二维广义的Schwinger的创建率仅在某些时间段上的前因子不同，使用渐近公式。
2009-09-15 cond-mat.mes-hall
Schwinger mechanism of magnon-antimagnon pair production on magnetic field inhomogeneities and the bosonic Klein effect
本文将反铁磁体磁振子有效场论映射为标量电动力学，利用强场QED中的x阶跃方法研究磁场非均匀性上的磁振子-反磁振子对产生，并预言在玻色统计下可观测施温格效应及新的统计辅助放大机制。
2024-06-30 cond-mat.mes-hall hep-ph hep-th
Time-domain quantum interference in graphene
从类Schwinger机制获得的电子动量密度进行评估的石墨烯样品浸没在均匀的时间依赖性电场。基于石墨烯低能电子和量子电动力学（QED）之间的类比，借用强场QED的数值方法，并与近似解析方法进行比较。它表明，在一定范围内的实验可访问的参数，对生产收益序列的绝热演变，然后由非绝热朗道-齐纳过渡，让人想起的Kibble-Zurek机制描述拓扑缺陷密度在二阶相变。对于某些领域的配置，这将产生在动量空间的绝热脉冲模型和Landau-Zener-Stückelberg干涉解释的干涉图案。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effective Field Theory for the Quantum Electrodynamics of a Graphene Wire
我们研究了在一个薄的石墨烯线中的电子和空穴的低能量子电动力学。我们发展了一种基于p/p_T展开的有效场论（EFT），其中p_T是电子和空穴在横向上的典型动量，而p是纵向上的动量。我们证明了，在（p/p_T）中的最低阶，我们的EFT理论形式上等价于精确可解的Schwinger模型。利用这样的类比，我们发现量子线的基态包含电子-空穴对的凝聚。激发谱被电子-空穴集体束缚态饱和，并计算了这种模式的色散规律。我们还计算了零化学势时单位长度的直流电导率，并发现g_s =e^2/h，其中g_s=4是简并因子。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-ph
Effective field theory of magnon: Dynamics in chiral magnets and Schwinger mechanism
我们发展了自旋系统的有效场理论描述，在破缺效应的存在下：磁场，单离子各向异性，和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。从自旋系统的晶格描述出发，我们证明了对应于上述效应的破缺项可以作为背景（或伪）$\SO(3)$规范场和对称张量表象中的标量场的组合而纳入有效场论，并最终固定在它们的物理值上.我们利用有效场论研究了非均匀基态的模谱，重点研究了一维非均匀态，如螺旋态和螺旋态。虽然螺旋和螺旋基态有一个共同的特征，即支持与平移对称破缺相关的无间隙Nambu-Goldstone模式，但它们具有质的不同的色散关系：在螺旋相中各向同性，而在螺旋相中各向异性。我们还讨论了由非均匀磁场引起的磁振子产生，并找到了一个类似于Schwinger公式的公式。我们的磁振子产生公式给出了一个有限的反铁磁体的速率，和铁磁体的消失率，而亚铁磁体之间的两种情况下插值。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall hep-th
Light-amplified Landau-Zener conductivity in gapped graphene monolayers: a simulacrum of photo-catalyzed vacuum instability
该研究探讨带隙石墨烯中光辅助隧穿电流，发现光催化电流远超纯强场电流，为QED施温格机制提供模拟。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall hep-ph quant-ph
Ballistic transport, chiral anomaly and emergence of the neutral electron - hole plasma in graphene
采用动态“一次量子化”方法定量描述了石墨烯中电场作用下粒子-空穴激发的相干产生过程。我们用紧束缚模型计算了在弹道区的电流密度、电子对数目和能量的演化。计算了直流和交流电场强度$E$的三阶级数。我们展示了远离两个狄拉克点的物理如何以线性响应进入各种物理量，以及它如何与手征反常相关。得到了三次谐波和电导率的虚部。结果表明，在一定的时间尺度$t_{nl}\propto E^{-1/2}$的物理行为显着变化和微扰理论打破。除了线性响应物理探索使用的第一个量子化方程的精确解。而对于小电场，I-V曲线是线性的，其特征在于通用的最小电阻率$σ=π/2(e^{2}/h)$ %，在$t>t_{nl}$处，电导率快速增长。大量的电子对产生（速率为$E^{3/2}$），类似于QED中Schwinger从真空中产生的电子-正电子对，导致在$t_{nl}$阶的弹道时间产生电子-空穴等离子体。这一过程由弛豫复合终止。
2010-04-07 cond-mat.mes-hall hep-th
High-field magnetoresistance revealing scattering mechanisms in graphene
我们发现，载流子散射的类型显着影响石墨烯纳米带的高场磁电阻。这种效应有可能被用于识别石墨烯中的散射机制。结果还提供了一个解释实验发现，有趣的差异，放置在不同基板上的石墨烯霍尔棒的磁阻行为。此外，我们的模拟表明，在纵向电阻的峰值往往成为钉扎分数量子化的值，因为不同的传输模式有非常不同的散射特性。
2012-09-13 cond-mat.mes-hall
Mechanism for graphene-based optoelectronic switches by tuning surface plasmon-polaritons in monolayer graphene
它示出，人们可以探索石墨烯的光学电导率，连同通过施加的栅极电压控制其电子密度的能力，以实现外部电磁辐射和石墨烯层中的表面等离子体激元-极化激元之间的谐振耦合。这开启了通过在全反射和全吸收的状态之间切换来电控制放置在石墨烯层顶部上的棱镜内反射的光的强度的可能性。预测的效果可用于构建基于石墨烯的光电开关。
2011-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Failure mechanisms of graphene under tension
最近的实验将纯石墨烯确定为人类已知的最强材料，进一步激发了石墨烯如何失败的问题。利用密度泛函理论，我们揭示了纯石墨烯在一般拉伸状态下的机械破坏机制。一种失效机制是$K_1$ -模式的新的软模式声子不稳定性，由此石墨烯片经历相变并被驱动朝向隔离的苯环，导致强度降低。另一种是通常的弹性失稳，对应于应力-应变曲线中的最大值。结果表明，有限波矢软模是限制单层材料强度的关键因素。
2010-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism for transient population inversion and optical gain in graphene
Li等人最近报道了石墨烯中的瞬态飞秒粒子数反转，物理修订版信函108，167401（2012）中所述。基于微观理论，我们澄清了潜在的微观机制：瞬态增益和人口反转发生在石墨烯由于强的光泵浦和载流子冷却，填充状态接近狄拉克点引起的弛豫瓶颈的复杂的相互作用。随后的飞秒衰减的光学增益主要是由库仑诱导的俄歇复合。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium Excitations and Transport of Dirac Electrons in Electric-Field-Driven Graphene
利用非平衡格林函数方法研究了直流电场驱动下电中性石墨烯的非平衡激发和电荷输运。由于消失的费米面，电子受到非平凡的非平衡激发，例如电子-空穴对的高度各向异性动量分布，类似于施温格效应。我们发现，电子空穴激发，启动的朗道-齐纳隧道与超线性IV关系$I \propto E^{3/2}$，达到一个稳定的状态为主的耗散由于光学声子，导致在边缘次线性IV与$I \propto E$，与最近的实验。当石墨烯远离狄拉克点掺杂时，线性IV开始显示电流饱和的迹象，并且恢复饱和速度的半经典关系。详细讨论了稳态极限下非平衡电荷的产生以及电子-声子散射率与电场的关系。我们解释了如何恢复狄拉克点附近的表观欧姆IV。我们提出了一种机制，其中特殊的非平衡电子-空穴的创建可以利用在一个新的红外设备。
2018-05-20 cond-mat.mes-hall
New Losses Mechanism in Graphene Nanoresonators due to the Synthetic Electric Fields caused by Inherent Out-of-Plain Membrane Corrugations
考虑了单层石墨烯纳米谐振器中由合成电场规定的耗散谷内电流引起的新损耗机制。这些场是由石墨烯薄膜中的随时间变化的规范场产生的，这是由于其固有的平面外畸变和外部周期电动势的影响。这种损耗机制占石墨烯纳米谐振器中损耗的主要部分（约40个单位），并且仅针对石墨烯。讨论了减小这种损耗（提高机电系统的品质因数）的途径。解释了为什么可以通过正确选择菌株组合（通过菌株工程）来提高品质因数。此外，它表明，品质因数可以通过打开垂直于石墨烯膜的磁场增加。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Substitutional mechanism for growth of hexagonal boron nitride on epitaxial graphene
通过在1100 ℃下将石墨烯暴露于环硼氮烷（BH）3（NH）3，在SiC（0001）上的石墨烯上生长单层厚的六方氮化硼（h-BN）。h-BN膜形成约2微米尺寸的晶粒，相对于表面石墨烯具有30度的优选取向。低能电子显微镜是用来提供明确的签名的数量和组成的二维（2D）平面的表面。发现这些晶粒通过取代表面石墨烯而形成，通过这种取代产生的C原子然后被并入h-BN下方（在现有石墨烯和SiC之间的界面处）以形成新的石墨烯平面。
2018-07-06 cond-mat.mes-hall
Transport in bilayer graphene near charge neutrality: Which scattering mechanisms are important?
利用半经典量子玻尔兹曼方程（QBE），数值计算了双层石墨烯在电中性附近的直流输运性质。与之前的讨论相反，我们发现即使在40 K以下的温度下，声子散射也至关重要。尽管如此，电子-电子散射仍然占主导地位的声子碰撞，允许流体动力学的方法。我们介绍了一个简单的双流体动力学模型的电子和空穴通过库仑阻力相互作用，并比较我们的结果完整的QBE计算。我们表明，双流体模型产生定量准确的结果，导热系数，热功率和热导率。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Formation mechanism of bound states in graphene point contacts
从理论上研究了石墨烯窄收缩结构中的电子局域化，发现在一类超短石墨烯量子点接触中可以存在长寿命的准束缚态.这些QBS被证明是源于无色散的边缘状态，这是一般终止的石墨烯的电子结构的特征，其中伪时间反演对称性被打破。QBS可以被看作是限制在两个石墨烯样品之间的界面态，并且它们的性质可以通过改变QPC的尺寸和界面几何形状来改变。在有胡子的网站的存在下，这些QBS可以转换成束缚态。实验结果和潜在的应用进行了讨论。
2014-12-04 cond-mat.mes-hall
Energy dissipation mechanism revealed by spatially resolved Raman thermometry of graphene/hexagonal boron nitride heterostructure devices
了解二维范德华异质结构中载流子和声子的能量输运对于未来高能效二维纳米电子学的发展至关重要。在这里，我们进行了原位空间分辨拉曼测温电偏置石墨烯通道和hBN衬底上的能量耗散机制在石墨烯/hBN异质结构的研究。通过比较沿偏置石墨烯通道的温度分布与沿hBN衬底的温度分布，我们发现石墨烯和hBN之间的边界热阻在（1-2）x 10^（-7）m^（2）KW^（-1）的范围内，从空气中的~100 C到石墨烯在~600 C下开始分解。考虑电热传输模型以及在空气中进行的拉曼测温表明，在强电场下发生的局部掺杂在高达T ~ 600 C的石墨烯/hBN器件的能量耗散中起着至关重要的作用。
2017-11-18 cond-mat.mes-hall
Mechanism for puddle formation in graphene
当石墨烯接近电荷中性时，它的能量景观是高度不均匀的，形成了一片类似电子和空穴的水坑，这决定了石墨烯在低载流子密度下的性质。然而，水坑形成的细节仍然难以捉摸。我们证明了数值与单层石墨烯形成鲜明对比，双层石墨烯中水坑景观的归一化自相关函数仅取决于石墨烯与长程杂质势源之间的距离。通过与现有的实验数据进行比较，我们找到了定量的证据，在扫描隧道显微镜测量的单层和双层石墨烯在名义上相同的无序势的电子和空穴水坑的隐含差异。
2011-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping Mechanisms in Graphene-MoS2 Hybrids
我们提出了一个联合的理论和实验研究的电荷掺杂和电子势景观的混合结构组成的石墨烯和半导体单层二硫化钼。从第一性原理模拟，我们发现电子掺杂的石墨烯由于存在的MoS 2中的杂质。此外，我们还表明，MoS 2边缘会引起石墨烯中的电荷重新排序和电位漂移，这可以通过外部栅极电压来控制。边缘和杂质效应的相互作用允许使用石墨烯-MoS 2杂化物作为光电探测器。空间分辨的光电流信号可用于分辨样品中的电势梯度和局部掺杂水平。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Aviram-Ratner rectifying mechanism for DNA base pair sequencing through graphene nanogaps
我们证明，生物分子，如沃森-克里克DNA碱基对可以作为生物Aviram-Ratner整流器，因为空间分离和弱氢键之间的核碱基。我们已经进行了并行计算的从头算非平衡格林函数（NEGF）理论，以确定石墨烯-碱基对-石墨烯结的电响应。结果显示吸附在石墨烯纳米间隙上的胞嘧啶-鸟嘌呤碱基对的不对称（整流）电流-电压响应。与此形成鲜明对比的是，我们发现胸腺嘧啶-腺嘌呤的反应是对称的。我们建议将电流-电压响应的不对称性作为传感标准应用于通过石墨烯纳米间隙进行快速DNA测序的技术挑战。
2012-02-17 cond-mat.mes-hall
Negative Differential Resistance in Boron Nitride Graphene Heterostructures: Physical Mechanisms and Size Scaling Analysis
六方氮化硼（hBN）作为开发下一代石墨烯基电子器件的绝缘体和衬底材料正引起越来越多的关注。在本文中，我们研究了由几个原子层厚的hBN膜夹在石墨烯纳米电极之间的异质结构中的量子输运。我们展示了一个栅极可控的垂直晶体管，表现出强的负微分电阻（NDR）效应与多个谐振峰，这对各种器件尺寸保持明显。我们发现两种不同的机制，负责NDR，取决于栅极和施加的偏压，在同一个设备。第一种机制的起源是类Fabry-Pé干涉，第二种机制的起源是当电极的Dirac点对齐时的面内波矢匹配。hBN层可以引起电流-电压特性的不对称性，其可以通过施加的偏压进一步调制。我们发现，电子-声子散射引入退相干，因此抑制第一机制，而第二机制保持相对不受影响。我们还表明，NDR功能是可调的，通过不同的设备尺寸。具有多个共振峰的NDR特征，结合超快的隧穿速度，为石墨烯-hBN-石墨烯异质结构在高性能电子学中提供了前景。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall
Mechanism for current saturation and energy dissipation in graphene transistors
从仔细和详细的理论和实验研究相结合，我们证明，玻尔兹曼理论，包括所有的散射机制给出了一个很好的帐户，没有可调参数，高电场运输单以及双氧化物石墨烯晶体管。我们进一步明确地表明，从基板和superstrate表面光学（SO）声子的散射在很宽的实验相关参数范围内的高场传输和散热。完全忽略SO声子或以简单的唯象方式处理它们的模型是不够的。我们概述了在石墨烯器件中实现更高电流和完全饱和的可能策略。
2010-05-08 cond-mat.mes-hall
Valley currents and non-local resistances of graphene nanostructures with broken inversion symmetry from the perspective of scattering theory
在线性响应区域，理论上考虑了反转对称性破缺的石墨烯纳米结构的谷电流和非局域电阻。通过求解Lippmann-Schwinger方程，计算了从理想引线组所代表的接触进入纳米结构的电子的散射态波函数，并将其投影到谷态子空间上，得到纳米结构中的谷速度场和总谷电流。在隧道制度时，费米能量是在狄拉克点能量周围的光谱间隙，反演对称性破缺被发现在强烈增强的非本地4终端Buttiker-Landauer电阻和谷电流几倍强于传统的电流。这些强谷电流是在隧道机制中电子从接触注入石墨烯的直接结果。它们是手性的，并且发生在电子从其注入纳米结构的接触附近，而不管净电流是否流过接触。它还指出，增强非局部电阻的线性响应制度是不是一个签名的谷电流所产生的电场和Berry曲率对电子速度的综合影响。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coulomb Drag Mechanisms in Graphene
最近的测量揭示了石墨烯中的异常库仑阻力，暗示了电荷中性的新物理学。反常阻力解释了一个新的机制的基础上的能量传输，其中涉及层间能量转移，耦合到电荷流通过横向热流和热电。新旧阻力机制受不同的物理效应支配，导致截然不同的行为，特别是在电荷中性附近的阻力大小和符号。新的机制解释了电荷中性附近的巨大阻力增强，以及它的符号和对磁场的异常敏感性。在现实条件下，能量传输在很宽的温度范围内占主导地位，从而产生了一个普遍的阻力值，它基本上是独立的电子-电子相互作用强度。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
Role of different scattering mechanisms on the temperature dependence of transport in graphene
详细的实验和理论研究的温度依赖性的不同的散射机制对石墨烯器件的电输运性质的影响。我们发现，高迁移率器件的输运性质主要是由完全屏蔽的短程杂质散射。另一方面，对于低迁移率器件，传输特性由两种类型的散射电势确定-由于电离杂质的长范围和由于完全屏蔽的带电杂质的短范围。结果可以解释的玻尔兹曼输运方程的框架内涉及两个独立的散射机制。
2015-10-28 cond-mat.mes-hall
The mechanism of caesium intercalation of graphene
包括铜基和铁基超导体、拓扑绝缘体、石墨和外延石墨烯在内的许多层状材料的性质可以通过经由称为插层的过程在层之间包含不同的原子和分子物质来操纵。例如，石墨中的嵌入可以导致超导性，并且在现代电池和超级电容器的工作循环中至关重要。插层涉及沿层和跨层的复杂扩散过程，但这些过程的微观机制和动力学还没有得到很好的理解。在这里，我们报告了一种新的机制，嵌入和捕获的碱金属原子下外延石墨烯。我们发现，嵌入调整的范德华相互作用，与动力学由缺陷锚定到石墨烯皱纹。我们的研究结果是相关的石墨烯基纳米结构的未来设计和应用。类似的机制也可以对层状材料的嵌入起作用。
2013-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding calculation of growth mechanism of graphene on Ni(111) surface
采用紧束缚SCC-DFTB方法研究了石墨烯在Ni表面以及台阶上的成核过程。结果表明，当苯环吸附在Ni（111）表面时，fcc构型的总能量最低，是最稳定的构型.边缘生长石墨烯的碳原子的活性从边界到中心逐渐降低，当它们被吸附在基底上时。石墨烯层可以在Ni（1 - 11）面和Ni（1-11）面相交形成的台阶面上连续生长。同时，当层生长较大时，层与Ni表面之间将发生失配，从而导致缺陷。减小石墨烯与台阶表面的失配将有利于大面积、高质量石墨烯的生长。
2012-03-03 cond-mat.mes-hall
Direct coupling between charge current and spin polarization by extrinsic mechanisms in graphene
自旋电子学--全电子控制电子自旋，用于量子或经典信息存储和处理--是二维材料石墨烯最有前途的应用之一。尽管原始石墨烯具有可忽略的自旋轨道耦合（SOC），但理论和实验都表明石墨烯中的SOC可以通过外在手段（例如通过吸附原子杂质的官能化）来显著增强。我们提出了一个理论的运输在石墨烯中占满自旋相干动力学的载体，包括迄今为止被忽视的自旋旋进过程中的共振散射与稀杂质。我们确定了一种新的“各向异性自旋进动散射”过程，具体到二维和非本征SOC，这有助于在石墨烯中的大电流诱导的自旋极化。该理论还产生了一个全面的描述的自旋弛豫机制在杂质修饰的石墨烯：Elliot-Yafet和Dyakonov-Perel弛豫率都存在，我们发现，后者可以占主导地位的载流子密度和杂质强度的一些选择。这为设计未来石墨烯基集成自旋电子器件提供了理论基础。
2016-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Thermal Conductivity Reduction in Few-Layer Graphene
使用线性化玻尔兹曼输运方程和微扰理论，我们分析了减少的固有热导率的几层石墨烯片占所有可能的三声子散射事件。即使在层之间的弱耦合的情况下，面外声学模式的热导率的显著降低也是明显的。这种弱耦合的主要作用是打开许多新的三声子散射通道，这些通道在石墨烯中是不存在的。然而，反射对称性只是弱打破了添加多层，和ZA声子仍然占主导地位的热导率。我们还发现，热导率的降低主要是由于较低的贡献的高阶泛音的基本面外声学模式。结果在整个温度范围内与石墨烯和石墨的测量结果进行了非常好的比较。
2011-04-26 cond-mat.mes-hall
Spin Dynamics in Bilayer Graphene : Role of Electron-Hole Puddles and the Dyakonov-Perel Mechanism
我们报告的自旋输运功能，这是独特的高品质的双层石墨烯，在没有磁性污染物和强烈的谷间混合。利用一种有效的量子输运方法计算了传播波包的含时自旋极化。在衬底和无序效应消失的极限下，自旋寿命的能量依赖性类似于单层石墨烯，具有M形轮廓和电荷中性点处的最小值，但具有电子-空穴不对称指纹。与此形成鲜明对比的是，衬底诱导的电子-空穴池（在SiO2或hBN上负载的石墨烯的特征）的掺入令人惊讶地导致低能自旋寿命的大幅增强和其高能值的降低。这样的功能，独特的双层，被解释在狄拉克点的一个加强Dyakonov Perel机制，而在较高的能量自旋弛豫驱动的纯退相效应。这表明石墨烯器件中自旋输运长度尺度的进一步静电控制。
2016-07-05 cond-mat.mes-hall
Nature of the 1/f Noise in Graphene, Direct Evidence for the Mobility Fluctuations Mechanism
低频电流波动的性质，即载波数与迁移率，定义了电子设备中的降噪策略。虽然金属中的1/f噪声归因于电子迁移率波动，但缺乏直接证据（f是频率）。本文通过测量h-BN封装的石墨烯晶体管在几何磁阻条件下的噪声，直接评估低频电子电流波动的机制。发现石墨烯电阻波动的相对噪声谱密度非单调地依赖于磁场（B），在大约uB=1（u是电子迁移率）处具有最小值。这一观察结果明确证明，迁移率波动是高质量石墨烯中电子噪声的主要机制。我们的研究结果对于石墨烯在电子学中的所有应用都很重要，并增加了对任何电子器件中1/f噪声起源的基本理解。
2021-11-07 cond-mat.mes-hall
Superconductivity from Repulsive Interactions in Rhombohedral Trilayer Graphene: a Kohn-Luttinger-Like Mechanism
我们研究了超导电性的出现在菱面体三层石墨烯由于纯粹的长程库仑排斥。菱形三层石墨烯中的这种排斥相互作用驱动相与扭曲双层和三层石墨烯中发现的那些显着不同。在后一种情况下，布洛赫波函数的非平凡动量空间几何导致有效的吸引电子-电子相互作用;这允许较少的调制序参量和自旋单态配对。在菱形三层石墨烯中，我们发现自旋三重态超导性的临界温度高达0.15 K。临界温度强烈地依赖于电子填充和态密度发散处的峰值。序参量表明费米面的每个谷袋内都有明显的调制。
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Graphene Multi-Protonation: a Cooperative Mechanism for Proton Permeation
质子和石墨烯之间的相互作用引起了人们的极大兴趣，因为最近的实验表明，这些带电物质在低势垒（~0.8 eV）激活过程后渗透通过2D材料。一个可能的解释涉及化学吸附质子的翻转（C-H $^+$键从碳层的一侧旋转到另一侧），以前的研究发现，到目前为止，能量势垒（约3.5 eV）太高，无法解释实验结果。与先前采用的假设孤立质子的模型不同，在这项工作中，我们考虑了高局部覆盖率的质子化石墨烯，并探讨了附近化学吸附质子在渗透过程中所起的作用。通过利用石墨烯的大分子原型的密度泛函理论计算，发现当各种质子被吸附在相同的碳六方环上时，渗透屏障可以降低到1.0 eV。相关的机制进行了详细描述，并可能揭示一个新的光质子渗透通过石墨烯的实验观察的解释。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation times in disordered graphene
我们考虑两种机制的自旋弛豫无序石墨烯。i）由于波纹引起的曲率自旋轨道耦合的自旋弛豫。ii）由于电子自旋与边缘处的局部磁矩的相互作用而引起的自旋弛豫。我们得到的自旋弛豫时间，τ_SO和τ_J由于这两种机制的解析表达式，并估计其值的石墨烯样品的现实参数。我们得到的自旋弛豫起源于这些机制是非常弱的，自旋相干预期在无序石墨烯长度L ~ 1微米的样品。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall
Quantum Tunneling Enhanced Hydrogen Desorption from Graphene Surface: Atomic versus Molecular Mechanism
该研究通过第一性原理计算揭示量子隧穿对石墨烯表面氢同位素脱附的增强作用，并比较分子与原子脱附路径，确定邻位二聚体主导机制随温度转变的临界值。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scattering mechanisms and Boltzmann transport in graphene
不同的散射机制在石墨烯中进行了探索和电导率计算玻尔兹曼输运理论。我们提供的结果为短程散射使用随机相位近似的电子屏蔽，以及分析表达式的依赖性的基板的介电常数的电导率。我们进一步研究的波纹上的运输使用的表面粗糙度模型开发的半导体异质结构的效果。我们发现在狄拉克点附近，σ \sim n^β，其中β= 1，0，-2分别为库仑，短程和表面粗糙度;这意味着库仑散射主导的短程和表面粗糙度散射在低密度。
2007-10-09 cond-mat.mes-hall
Fast diffusion of graphene flake on graphene layer
分析了石墨烯片在石墨烯层上的扩散，提出了一种新的扩散机制。通过分子动力学模拟和基于从头算和半经验计算的解析估计，证明了在温度T ~ Tcom范围内扩散机制是主导的，其中Tcom对应于在相称状态中的相邻能量最小值之间的薄片转变的势垒。例如，对于由~ 40、200和700个原子组成的薄片，在50 - 150 K、200 - 600 K和800 - 2400 K温度范围内，通过薄片旋转的扩散机制对无公度态的贡献分别比在公度态下的扩散机制的贡献高1 - 2个数量级。实验测量的石墨烯层的相对运动的基础上的扩散的石墨烯薄片的研究的障碍的可能性被认为是。所获得的结果也是相关的多环芳香族分子在石墨烯上的动态行为的理解，应该是定性有效的一组相称的吸附剂吸附剂系统。
2011-02-20 cond-mat.mes-hall
Probing charge scattering mechanisms in suspended graphene by varying its dielectric environment
具有高载流子迁移率μ的石墨烯对于石墨烯基电子器件和石墨烯的狄拉克费米子的基本性质的研究都是必需的。人们普遍认为，石墨烯中的迁移率限制因素是驻留在石墨烯上或底层衬底中的带电杂质的库仑散射。这对于SiO2衬底上的传统石墨烯器件和最近报道的高迁移率悬浮和支撑器件都是如此。减少这种散射的有吸引力的方法是将石墨烯放置在具有高静态介电常数κ的环境中，这将有效地屏蔽由于杂质引起的电场。然而，到目前为止，实验仅报告了高κ环境对迁移率的适度影响。在这里，我们通过研究悬浮在液体中的多终端石墨烯器件中的电输运来研究石墨烯的介电环境的影响，其中κ范围从1.9到33。对于非极性液体（κ<5），我们观察到μ随着κ快速增加，并报告了石墨烯器件在苯甲醚（κ=4.3）中的室温迁移率高达约60，000 cm 2/Vs，而在极性液体（κ>18）中，我们观察到迁移率急剧下降。我们证明，非极性液体通过筛选吸附在石墨烯上的带电杂质来增强流动性，而极性液体中的带电离子引起所观察到的流动性抑制。此外，使用分子动力学模拟，我们建立了平面外弯曲声子的散射，在室温下在真空中悬浮石墨烯中的主要散射机制，被液体的存在抑制。我们希望我们的研究结果可以提供控制和减少未来石墨烯电子器件中载流子散射的途径。
2012-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene healing mechanisms: A theoretical investigation
石墨烯膜中的大孔最近被证明可以愈合，无论是在低能STEM实验中的室温下，还是通过高温退火。然而，愈合机制的细节仍不清楚。我们进行了完全原子反应分子动力学模拟，以解决这些机制在不同的实验条件下。我们的研究结果表明，如果存在碳原子源，高温可以为碳原子提供足够的能量，以克服势能势垒，并产生石墨烯六边形结构的完美重构。在室温下，只有明确考虑STEM实验中电子束的热效应，这种完美的愈合才有可能。完美或接近完美的石墨烯结构的重建过程涉及线性碳链的形成，以及具有平面（Stone-Wales）和非平面（块状）结构的含有5、6、7和8个原子的环。这些结果揭示了石墨烯在不同实验条件下的愈合机制。此外，这里提出的方法对于研究其他纳米结构的剪裁和操作也很有用。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
General Scattering Mechanism and Transport in Graphene
利用RTA中的准含时半经典输运理论，基于一般散射机制$τ\propto \mathcal{E}^β$，得到了时变场存在下的耦合电流方程。我们发现在狄拉克点附近，特征指数$β= +2$对应于声学声子散射。$β= +1$长程库仑散射机制。$β= -1$是短程δ电位散射，其中电导率是温度常数。$β= 0$外壳为弹道极限。在石墨烯中狄拉克电子的低能动力学中，时间相关电场的作用是通过$e \to e(1 + (Ωτ)^2)$仅改变电子电荷，使电子电导率非线性。还考虑了磁场的影响。
2011-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel growth mechanism of epitaxial graphene on metals
石墨烯是一种由$sp^2$键合的碳原子组成的六方片，具有非凡的性质，在未来的纳米电子应用中具有巨大的前景。不幸的是，石墨的微机械裂解和化学剥离的流行制备方法不容易按比例放大用于应用目的。外延石墨烯提供了一种有吸引力的替代方案，尽管存在许多挑战，尤其是缺乏对石墨烯复杂原子组装动力学的理解。在这里，我们提出了一个简单的速率理论的外延石墨烯生长在紧密堆积的金属表面。基于最近的低能电子衍射显微镜实验（LEEM）\cite{loginova09}，我们的理论假设，石墨烯岛的生长主要是通过添加五个原子团簇，而不仅仅是通过捕获扩散的碳原子。通过适当选择动力学参数，我们的理论产生了与时间相关的碳吸附原子密度，与测量数据定量一致。在成核开始时，这种吸附原子密度的温度依赖性使我们预测，石墨烯生长的最小稳定前体是由六个五原子簇组成的固定岛。我们的研究结果为更详细的模拟提供了一个起点，这将为大规模生产外延石墨烯的发展战略提供重要的投入。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth mechanisms of graphene and effects of substrates
采用密度泛函理论中的有限温度分子动力学从头算方法研究了单层石墨烯的生长过程。在原子水平上的外延石墨烯的生长机制的理解提供了通过探索发生在石墨烯的生长边缘的瞬态阶段。这些阶段是大碳环的形成和塌陷，以及像五边形-七边形缺陷的Stone-Wales的形成和愈合。使用爬像轻推弹性带方法计算了各种衬底上这些生长诱导缺陷愈合的激活势垒，并与Stone-Wales缺陷进行了比较。发现生长过程中发生在边缘附近的五边形-七边形缺陷比Stone-Wales缺陷更容易愈合。还详细研究了衬底在外延生长和修复缺陷中的作用，以及使用碳二聚体作为石墨烯生长的构建块的影响。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancing the Mass Sensitivity of Graphene Nanoresonators Via Nonlinear Oscillations: The Effective Strain Mechanism
我们进行经典的分子动力学模拟来研究石墨烯纳米机械谐振器的质量灵敏度和谐振频率的增强，这是通过将它们驱动到非线性振荡制度来实现的。质量灵敏度测量的谐振频率偏移被发现三倍，如果驱动能量是约2.5倍的纳米谐振器的初始动能。增强的质量灵敏度的机制被发现是在纳米谐振器中由于非线性振荡引起的有效应变，其中我们获得了诱导的有效应变和施加到石墨烯纳米谐振器的致动能量之间的解析关系。这项工作的一个重要意义是，有没有必要的实验人员施加拉伸应变的谐振器驱动前，以提高质量灵敏度。相反，增强的质量灵敏度可以通过驱动现有石墨烯纳米谐振器的非线性振荡的简单得多的技术来获得。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new coupling mechanism between two graphene electron waveguides for ultrafast switching
我们提出了一种基于双石墨烯电子波导的新型超快电子开关器件，类似于光学双通道波导器件。该设计利用了两个石墨烯电子波导之间拉比振荡的相干量子力学隧穿原理。基于修正的耦合模理论，我们建立了一个理论模型来分析器件的特性，并预测开关速度大于1ps。由于室温下石墨烯中电子的平均自由程较长，所提出的设计避免了常规半导体量子阱结构中所需的低温操作的限制。我们的设计布局类似于一个标准的CMOS晶体管，应该很容易制造与当前最先进的纳米技术。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Molecular mechanism of water permeation in helium impermeable graphene and graphene oxide membrane
发现氧化石墨烯（GO）层对于水的渗透是良好的，但对于氦不是（Science 2012 335（6067）：442-444），表明GO层在取决于它们所处的环境（即，水或氦）的渗透路线的形成中是动态的。为了探索这一观察的微观起源，我们计算了GO片（氧化和还原部分）的平均力（PMF）的潜力，与面间距离作为反应坐标在氦气和水中。我们的PMF计算表明，在氦气中的GO片的氧化部分之间的平衡层间距离为4.8 μ m，没有留下氦气渗透的空间。相比之下，GO氧化部分在水中的PMF显示出两个最小值，一个在4.8 μ m处，另一个在6.8 μ m处，对应于无水和水填充区域，从而产生渗透路径。基于对不同片间距的石墨烯片和氧化石墨烯片之间捕获的水的熵计算，我们还展示了填充热力学。
2015-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
