Negative terahertz conductivity in remotely doped graphene bilayer heterostructures
在石墨烯双层（GBL）中注入或光学产生电子和空穴可以导致带间粒子数反转，从而实现太赫兹（THz）辐射激光。带内辐射过程与带间跃迁相互竞争。我们证明，远程掺杂增强了所提出的GBL异质结构中间接带间光子的产生。因此，这种远程掺杂有助于超越带内（德鲁德）吸收，并导致在升高的（包括室温）温度下在宽频率范围内的负动态太赫兹电导率的大绝对值。与以前提出的基于GBL的THz激光器相比，远程掺杂GBL异质结构THz激光器有望实现更高的THz增益。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall
Nonlinear intensity dependence of ratchet currents induced by terahertz laser radiation in bilayer graphene with asymmetric periodic grating gates
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；CENTERA Laboratories, Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所 CENTERA 实验室）；Ioffe Institute（约费研究所）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
研究双层石墨烯中非线性强度依赖的射频电流，通过双格栅门结构实现，探讨了光电流的非线性特性及其与温度的关系，展示了其作为射频探测器的应用潜力。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Response of Bilayer Graphene at Terahertz Frequencies
为了计算本征双层石墨烯在太赫兹频率下的非线性响应，发展了一种基于长度规范的密度矩阵形式。采用紧束缚模型，我们发现，带间和带内动力学之间的相互作用导致强谐波产生在中等场振幅。具体地说，我们发现，在低温（10 K），未掺杂的悬浮双层石墨烯的反射场表现出的三次谐波振幅是30%的基本反射场的入射1太赫兹单周期脉冲与1.5 kV/cm的场振幅。更有趣的是，我们发现，随着入射辐射的中心频率的增加，三次谐波振幅也增加;达到最大值的53%的入射频率为2太赫兹和振幅为2.5千伏/厘米。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Terahertz spectroscopy of an electron-hole bilayer system in AlN/GaN/AlN quantum wells
我们描述了应变AlN/GAN/AlN量子阱中载流子的纳米级输运动力学的研究：一个电子-空穴双层电荷系统，两个电荷层之间的输运性质有很大的差异。从电子能带图分析，空间分离的二维电子和空穴电荷层的存在下，预测在相对的界面。由于这些电荷层在太赫兹频率下表现出不同的光谱特征，太赫兹和远红外光谱的组合使我们能够提取（a）对总电导率的单独贡献，以及（b）每层中电荷载流子的有效散射率。此外，通过比较直流和太赫兹提取的电导率水平，我们能够确定结构缺陷影响电荷传输的程度。我们的研究结果表明，（i）一个非统一的霍尔因子和（ii）相当大的贡献的整体电导率的空穴，导致在霍尔效应测量的表观迁移率较低。总的来说，我们的工作表明，太赫兹光谱是一种合适的技术，用于研究双层电荷系统的层之间的传输特性有很大的差异，如在三族氮化物半导体量子阱。
2017-08-16 cond-mat.mes-hall
Negative terahertz conductivity in disordered graphene bilayers with population inversion
无带隙的能带谱使得基于石墨烯和石墨烯双层膜的结构具有由光学或注入泵浦产生的布居数反转，是用于带间太赫兹（THz）激光的有希望的介质。然而，太赫兹频率下的强带内吸收仍然对高效太赫兹激光发射构成挑战。在本文中，我们表明，在泵浦石墨烯双层结构中，间接带间辐射跃迁伴随着无序引起的载流子散射可以提供实质性的负贡献的太赫兹电导率（连同直接带间跃迁）。在具有点电荷缺陷的高- $κ$衬底上的石墨烯双层结构中，这些跃迁几乎完全补偿了由于带内（Drude）吸收引起的损失。我们还表明，在石墨烯双层的延伸缺陷（如带电的杂质团簇，表面缺陷，和纳米孔）的THz电导率的间接带间贡献可以超过几倍的基本限制与直接带间跃迁和德鲁德电导率。这些预测可能会影响基于石墨烯的太赫兹激光器的实现策略。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall
Twisted bilayer graphene as a terahertz plasmonic crystal
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究最小扭角双层石墨烯作为太赫兹等离子体晶体的特性，通过网络模型计算其能带结构并模拟太赫兹成像实验。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall
High performance bilayer-graphene Terahertz detectors
我们报告了基于等离子体波激发的双层石墨烯场效应晶体管作为THz宽带光电探测器。通过采用宽栅结构或埋栅结构，我们实现了在0.29-0.38 THz范围内的响应度$\sim 1.2V/W (1.3 mA/W)$和噪声等效功率$\sim 2\times 10^{-9} W/Hz^{-1/2}$，在光电压和光电流模式。这种技术的潜力，可扩展到更高的频率和灵活的设备的发展，使我们的方法具有竞争力的下一代太赫兹检测系统。
2013-12-13 cond-mat.mes-hall
Giant Faraday rotation induced by Berry phase in bilayer graphene under strong terahertz fields
半导体中的高阶太赫兹（THz）边带产生（HSG）是一种与高次谐波产生类似的物理现象，但频率要低得多。研究发现，弱光激发的电子-空穴对在强太赫兹场的驱动下，可以沿循环路径积累Berry相。在单层MoS $_2$中，Berry相位表现为短脉冲激发下发射信号的法拉第旋转角。本文将THz极端非线性光学中的Berry相位理论应用于具有Bernal堆积的偏压双层石墨烯，该石墨烯具有与单层MoS $_2$相似的Bloch带特征和光学性质，如时间反演相关的谷和谷对比光学选择规则。双层石墨烯具有比单层MoS $_2$大得多的Berry曲率，这导致光发射的巨大法拉第旋转（对于频率为1 THz且强度为8 kV/cm的THz场，$\sim$为1 rad）。这为使用双层石墨烯和低功率THz激光器用于超快电光器件提供了机会。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall
Terahertz nanoscopy of quantum-geometric photovoltaics in bilayer graphene
University of Notre Dame（圣母大学）；Stavropoulos Center for Complex Quantum Matter, University of Notre Dame（圣母大学斯塔夫罗普洛斯复杂量子物质中心）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；National Institute for Materials Science（国立研究开发法人物质·材料研究机构）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所（ICN2），西班牙国家研究委员会与巴塞罗那科学技术研究院）
本文开发低温偏振敏感太赫兹纳米显微术，在双层石墨烯中观测到体光伏效应，揭示量子几何与能带结构关联，为量子材料研究提供新光学探针。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall
Pump-induced terahertz anisotropy in bilayer graphene
我们研究了强线偏振面内太赫兹场作用下掺杂双层石墨烯的带内非线性动力学。我们在低温（12 K）下对掺杂双层石墨烯进行了3.4 THz场的简并泵浦-探测实验，发现当泵浦光与探测光共偏振时，差分泵浦-探测信号几乎是交叉偏振情况下的两倍。我们表明，这种泵引起的各向异性的起源是在探测方向上的平均电子有效质量的差异时，由泵平行或垂直于探测极化的方向在k空间中的载流子被移位。我们使用一个简单的半经典模型和玻尔兹曼方程模拟的电子动力学与唯象散射的系统模型，并找到良好的定性与实验结果一致。
2022-01-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultralow-noise terahertz detection by p-n junctions in gapped bilayer graphene
本研究通过在双层石墨烯分栅 p-n 结中引入电致带隙，显著提升太赫兹电流与电压响应率并降低噪声，刷新低温半导体太赫兹探测器纪录。
2022-12-10 cond-mat.mes-hall
Population Inversion in Monolayer and Bilayer Graphene
最近在石墨烯中太赫兹范围内的可饱和吸收和负光学电导率的证明为基于这种材料和其他低维材料的光电应用开辟了新的机会。最近，通过时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）直接观察到了狄拉克点上的粒子数反转，发现弛豫时间只有~ 130飞秒。这严重限制了单层石墨烯对例如太赫兹光放大的适用性。在这里，我们使用tr-ARPES来证明双层石墨烯中的长寿命粒子数反转。该效应归因于在该化合物中发现的小带隙。我们提出了一个微观模型，这些观察和推测，泵浦光子能量和泵浦注量的增强可能会进一步增加这种寿命。
2014-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Landau level spectroscopy of Dirac fermions in millimeter-scale twisted bilayer graphene
针对转角双层石墨烯太赫兹磁光测量受样品尺寸限制的问题，本研究制备出5mm×5mm以上均匀转角的大尺寸样品，通过复法拉第旋转实验开展朗道能级光谱测量，确定了费米速度与转角的关系。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Terahertz photocurrent probe of quantum geometry and interactions in magic-angle twisted bilayer graphene
本研究利用偏振分辨太赫兹光电流测量探测魔角双层石墨烯，揭示了量子输运无法探测的反演破缺态、能带重整化引起的偏振轴变化及整数填充处的光电流图样，为理解相互作用电子的量子几何及开发太赫兹量子技术提供了新途径。
2024-10-16 cond-mat.mes-hall
Terahertz photoconductivity in bilayer graphene transistors: evidence for tunneling at gate-induced junctions
新型材料的光电导性是设计光电探测器、光调制器和光开关的关键特性。尽管大多数新型二维材料的光电导性已经在理论和实验上得到了研究，但对于大多数电子器件所必需的二维pn结来说，情况并非如此。本文研究了具有电诱导pn结的带隙双层石墨烯的亚太赫兹光电导特性。在低温T ~ 20 K范围内，结对电阻、温阻系数和光阻率有很强的正贡献。这些数量从结的贡献超过强烈的体值均匀的沟道掺杂，即使在小的带隙~ 10毫电子伏。我们进一步表明，正结光阻是带间隧穿的标志，而不是带内电子传导。我们的研究结果指出了基于双层石墨烯创建各种带间隧穿器件的可能性，包括陡峭开关晶体管和选择性传感器。
2022-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Simulation of Hot-Carrier Dynamics and Terahertz Emission in Laser-Excited Metallic Bilayers
金属双层结构已被证明可以发射强太赫兹（THz）脉冲。我们提出了一个预测的多尺度模式，模拟光诱导自旋电流的Fe/Pt异质结和发射的电场。电子效应的处理在纳米尺度上使用玻尔兹曼输运方程的动态平衡载流子，数值求解的粒子在细胞的代码。的光学效果进行了模拟与形式主义，桥梁的纳米尺度的结构的发射波的微米尺度。该方法有助于理解最近的实验结果的基础上的微观散射效应和运输现象。我们的理论的多功能性，使其能够很容易地适应于一个广泛的自旋电子太赫兹发射器设计。作为一个例子，我们展示了太赫兹产生效率，定义为输出输入功率比，可以提高和优化使用串联堆叠层结合太赫兹抗反射涂层。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Controlling the orbital Hall effect in gapped bilayer graphene in the terahertz regime
本文研究带隙双层石墨烯在太赫兹频段的交流轨道霍尔效应，通过垂直电场连续调控能带隙与临界频率，并分析弱磁场下时间反演对称性破缺的影响。
2024-05-28 cond-mat.mes-hall
Terahertz photogalvanics in twisted bilayer graphene close to the second magic angle
本文报道了在扭转角为0.6°的扭曲双层石墨烯（tBLG）中观察到的光电流效应。我们发现，tBLG体的激发引起的光电流，其符号和大小的辐射电场和光子螺旋度的方向控制。所观察到的光电流提供了证据的点群对称性在低扭转角tBLG的最低可能的减少。发展的理论表明，电流是由非对称散射形成的回旋tBLG。我们还检测到在边缘附近形成的光电流。对于这两个，散装和边缘的光电流，我们证明了出现明显的振荡时，栅极电压的变化。与振荡相关联的栅极电压与电阻测量中的峰值很好地重合。这些都很好地解释了tBLG中的大量隔离带之间的带间跃迁。
2020-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear intensity dependence of photogalvanics and photoconductance induced by terahertz laser radiation in twisted bilayer graphene close to magic angle
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学和技术研究所光子科学研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所）
研究了极化光在近第二魔角双层石墨烯中引起的非线性强度依赖性，揭示了太赫兹辐射通过间接光学跃迁、直接能级跃迁和莫尔子带间跃迁引起的光电响应，其贡献随费米能级位置变化，且在高强度下饱和。
2021-12-15 cond-mat.mes-hall
Microscopic theory of plasmon-enabled resonant terahertz detection in bilayer graphene
在二维固态矩阵中的电子气，例如量子阱或二维范德华异质结构，支持等离子体波的传播。等离子体波之间的非线性相互作用，由于电荷守恒和电流对流，产生一个恒定的密度梯度，可以检测到作为一个直流电位信号在系统的边界。这种现象是等离子体波光电探测方案的核心，该方案首先由Dyakonov和Shur引入具有抛物线色散的电子系统，然后扩展到石墨烯中的无质量狄拉克费米子。在这项工作中，我们发展的等离子体波的光电探测理论在双层石墨烯，它具有的特点，色散关系局部和动态地依赖于等离子体波的强度。在我们的分析中，我们展示了如何量子电容效应，所产生的电子色散的局部波动，修改的光电探测信号的强度。例如由顶栅和底栅引起的外部电偏置可以用于控制量子电容校正的强度，从而控制光响应。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electronic Bloch oscillation in bilayer graphene gradient superlattices
利用转移矩阵方法研究了双层石墨烯梯度超晶格中的电子Bloch振荡。通过引入两种沿电子传输方向的方势垒梯度势，我们发现在电子传输方向上可以产生高达太赫兹的布洛赫振荡。Wannier-Stark阶梯是Bloch振荡的对应物，它是由一系列等距离的透射峰组成，电子波函数的局域化也是Bloch振荡的特征. Bloch振荡的周期随势垒梯度的增大而线性减小。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction-limited conductivity of twisted bilayer graphene revealed by giant terahertz photoresistance
研究通过THz激发揭示TBG中电子相互作用主导导电性，突破传统解释，提供低密度量子材料散射机制分析的新方法。
2025-12-21 cond-mat.mes-hall
Multiphoton cross sections of conductive electrons stimulated bremsstrahlung in doped bilayer graphene
建立了在相干电磁辐射作用下，掺杂双层石墨烯中杂质离子任意静电势上载流子多光子受激韧致辐射的量子理论。精确地考虑了太赫兹波场，而掺杂离子的静电势作为微扰。双层石墨烯对泵浦波的基本非线性响应和与单层石墨烯的情况的显著差异被示出，这可以与非线性抛物色散相关联。后者开辟了利用太赫兹或近红外相干辐射场调控双层石墨烯导电电子输运性质的新途径。
2019-07-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Limiting performance of graphene bilayer sub-terahertz detectors at large induced band gap
本研究通过高κ介电层诱导石墨烯双层大带隙（至90 meV），在0.13 THz下测得NEP从450降至30 fW/Hz½，未饱和，并揭示等离子体振荡对优化响应的重要性。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall
Electric Field Tunable Band Gap in Commensurate Twisted Bilayer Graphene
Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系）
本研究展示了相容扭曲双层石墨烯在太赫兹范围内的可调带隙特性，并揭示了层间相干能量的可测量方法。
2026-01-22 cond-mat.mes-hall
Femtosecond formation dynamics of the spin Seebeck effect revealed by terahertz spectroscopy
理解自旋角动量的转移是现代磁学研究的基本内容。一个典型的例子是通过加热相邻的金属膜在磁性绝缘体中产生磁振子。在这里，我们揭示了这种自旋塞贝克效应的初始步骤与<27 fs的时间分辨率使用太赫兹光谱双层铁磁钇铁石榴石和铂。当用红外激光脉冲激发金属时，在与金属电子热化相同的~ 100 fs时间尺度上产生自旋塞贝克电流$j_\textrm{s}$。这一观察结果突出表明，有效的自旋转移严重依赖于载流子倍增，并由金属-绝缘体界面散射的传导电子驱动。分析模型表明，电子的动力学几乎是瞬间印在$j_\textrm{s}$上的，因为它们的自旋只有~4fs的相关时间，并且没有惯性地偏转亚铁磁矩。在材料表征，界面探测，自旋噪声光谱和太赫兹自旋泵的应用出现。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz spin currents and inverse spin Hall effect in thin-film heterostructures containing complex magnetic compounds
磁性和重金属多层膜的太赫兹发射光谱最近引起了人们的极大兴趣。这种方法不仅提供了光致自旋输运和自旋轨道相互作用在最高频率的基本见解，但也铺平了道路，如太赫兹电磁辐射的高效和超宽带发射器的应用。到目前为止，主要是标准的铁磁材料已被利用。在这里，通过引入合适的品质因数，我们系统地比较了X/Pt双层的太赫兹发射强度，X是一个复杂的铁，铁和反铁磁金属，即镝钴（DyCo $_5$），钆铁（Gd $_{24}$ Fe $_{76}$），磁铁矿（Fe $_3$ O $_4$）和铁铑（FeRh）。我们发现，在自旋电流产生方面的性能不仅取决于自旋极化的磁体的传导电子，但也对特定的接口条件，从而表明太赫兹发射光谱是一个高度表面敏感的技术。在一般情况下，我们的研究结果是相关的所有应用程序，依赖于在自旋电子金属多层膜的超快自旋电流的光学产生。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skew-scattering Pockels effect and metallic electro-optics in gapped bilayer graphene
本文提出金属中非德鲁德载流子动力学可实现强电光效应，斜散射与Snap主导普克尔/克尔效应，并在带隙双层石墨烯中实现太赫兹波段显著电光调制。
2024-07-16 cond-mat.mes-hall
Resonant Dyakonov-Shur Magnetoplasmons in Graphene Terahertz Photodetectors
Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；L2C (UMR 5221), Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
研究通过石墨烯TeraFET实现太赫兹频率下磁等离子体共振，揭示单层和双层石墨烯中磁等离子体色散特性，为磁性可编程光子学提供新平台。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall
Optical bistability of graphene in the terahertz range
我们利用弛豫时间玻尔兹曼方程在均匀交流电场中的精确解来描述石墨烯在太赫兹（THz）波段的非线性光学响应。单层，双层和ABA堆叠的三层石墨烯的情况下，被认为是最合适的单层物种利用非线性自由电子响应。我们发现，单层石墨烯的单层显示在太赫兹范围内的光学双稳态，在实践中可达到的电磁功率范围内。还计算了与三次谐波产生相关的电流。
2014-09-02 cond-mat.mes-hall
Generation of valley polarized current in bilayer graphene
我们提出了一种在双层石墨烯中产生谷极化电流的器件。通过分析这种材料在横向电场存在下对强太赫兹频率光的响应，我们证明了在带隙能区诱导了动力学态，并且如果系统参数适当调节，这些态只存在于一个谷区。谷极化状态然后可以用于过滤任意电子电流，从而产生谷极化电流。
2009-08-20 cond-mat.mes-hall
Metallic Electro-Optic Effect in Twisted Double-Bilayer Graphene
该研究在扭转双层-双层石墨烯中发现由贝里曲率和轨道磁矩相互作用驱动的金属电光效应，产生可门控的太赫兹线性和圆二色性，为超快电光调制提供了新平台。
2025-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-Chip Terahertz Spectroscopy for Dual-Gated van der Waals Heterostructures at Cryogenic Temperatures
本文提出一种结合半导体栅极和光控栅极的片上太赫兹光谱方案，在液氦温度下成功测量双栅极双层石墨烯器件的纯净太赫兹响应，观察到电场诱导带隙打开特征并提取了Drude电导率等关键参数，为研究双栅极二维材料的新颖涌现现象奠定基础。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of spin-Hall magnetoresistance in the AC (terahertz) regime
在由具有自旋-轨道耦合的正常金属（N）和铁磁体（F）组成的双层中，自旋-霍尔效应、自旋转移矩和逆自旋-霍尔效应的组合对N的面内电导率给出小的校正，这被称为自旋-霍尔磁阻（SMR）。我们在这里提出了一个理论的SMR和相关的非对角电导率校正的频率高达太赫兹制度。我们表明，SMR信号具有明显的奇异性，在自旋波频率的F，这表明它作为一个潜在的工具，磁振子模式的全电子光谱。在较低的频率的SMR的幅度的系统性变化与发病的纵向磁振子的贡献，自旋输运通过F-N界面。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Microscopic nonlinear quantum theory of absorption of coherent electromagnetic radiation in doped bilayer graphene
提出了强相干电磁辐射下掺杂$AB$堆叠双层石墨烯中手征粒子在带电杂质库仑场上非线性受激散射的微观量子理论。密度矩阵的Liouville-von Neumann方程解析求解。这里考虑电子与散射势的相互作用作为微扰。利用所得解计算了费米子手征粒子巨正则系综的非线性逆韧致辐射吸收率。对所获得的速率的分析表明，在太赫兹和近红外频率范围内，通过多光子受激韧致辐射机制，入射辐射有显着的吸收。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall
Cyclotron- and magnetoplasmon resonances in bilayer graphene ratchets
我们报告了一个可调的-由磁场和栅极电压-转换太赫兹辐射到直流电流在空间调制的双层石墨烯。我们的实验表明，潜在的物理是与所谓的棘轮效应。我们的主要发现是直接观察到的尖锐的回旋共振的光电流和演示的两个效果所造成的电子-电子相互作用：由于远程库仑耦合和部分抑制其二次谐波的共振的等离子体分裂由于快速粒子间碰撞。我们发展了一个理论，完全符合我们的数据。我们认为，棘轮电流产生的非理想电子液体的流体动力学制度。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall
Irradiated bilayer graphene
我们描述了门控双层石墨烯系统，当它受到强烈的太赫兹频率的电磁辐射。我们研究了电子能带结构和态密度通过精确对角化方法在Floquet理论。我们发现，动力学状态的诱导，导致修改的能带结构。我们首先考察没有外部磁场的情况。在无偏情况下，动力学能隙出现在谱中，表现为态密度的下降。对于有限的层间偏压（其中静态间隙存在于未照射的双层石墨烯的能带结构中），可以在静态间隙中诱导动态状态。这些状态可以表现出高度的谷极化。当系统被置于强磁场中时，辐射引起朗道能级之间的耦合，这使得动力学能级存在。对于强场，这意味着朗道能级被涂抹以形成近连续的状态。
2010-11-12 cond-mat.mes-hall
Graphene Field Effect Transistors: A Review
在过去的十年里，石墨烯及其在新型电子产品中的应用研究领域迅速发展。随着摩尔定律开始趋于平稳，工业中对后硅技术的需求变得越来越明显。此外，现有技术不足以实现太赫兹探测器和接收器，这是包括医学成像和安全扫描在内的许多应用所需要的。石墨烯被认为是用于替代现有CMOS技术中的硅以及实现用于太赫兹检测的场效应晶体管的关键潜在候选物，这是由于其显著的电子性质，其中在悬浮石墨烯样品中观察到的电子迁移率高达$2 \times 10^5$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。这份报告回顾了石墨烯晶体管实现的背景下，石墨烯的物理和电子特性。综述和比较了常用的石墨烯制备技术，如机械剥离法、化学气相沉积法和外延生长法。与实现石墨烯晶体管相关的挑战之一是石墨烯是半金属的，具有零带隙，这在数字电子应用的背景下是麻烦的。因此，该报告还回顾了通过使用双层石墨烯和石墨烯纳米带打开石墨烯带隙的不同方式。一个传统的场效应晶体管的基本操作解释和文献中使用的关键数字的优点被提取。最后，对最先进的石墨烯场效应晶体管的一些示例进行了回顾，特别关注单层石墨烯、双层石墨烯和石墨烯纳米带。
2021-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant Terahertz Detection Using Graphene Plasmons
等离子体激元，电子系统的集体振荡，可以有效地耦合光和电流，因此可以用于创建亚波长光电探测器，辐射混合器和片上光谱仪。尽管付出了相当大的努力，但已经证明实现在太赫兹频率下操作的等离子体器件具有挑战性。能够满足这一挑战的材料是石墨烯，因为它支持长寿命的电可调等离子体。在这里，我们展示了等离子体辅助共振检测太赫兹辐射的天线耦合石墨烯晶体管，作为两个等离子体法布里-珀罗腔和整流元件。通过使用栅极电压改变等离子体速度，我们在多个谐振模式之间调谐我们的检测器，并利用此功能来测量双层石墨烯中的等离子体波长和寿命，以及探测其莫尔迷你带中的集体模式。我们的设备为进一步的等离子体研究提供了方便的工具，这些研究在非环境条件下（例如低温和强磁场）通常非常困难，并为各种光子应用提供了可行的途径。
2018-11-27 cond-mat.mes-hall
Tunable interband and intraband plasmons in twisted double bilayer graphene
扭曲莫尔超晶格中的平带支持各种拓扑和强关联现象以及容易调谐的电学和光学性质。在这里，我们证明了扭曲的双层石墨烯中存在可调谐的，长寿命的，平坦的带内和带间太赫兹等离子体。我们发现，带间等离子体激元起源于一个范霍夫奇点的存在下，在联合状态密度和一个有限的Berry连接对涉及的频带。我们发现带隙的带间等离子体激元模具有普遍的色散，等离子体激元带隙由范霍夫奇点在联合态密度中的位置决定。金属云纹系统支持一个额外的带内等离子体激元模式，由于带间相关性的影响，该模式在大动量极限下变得平坦。我们表明，无阻尼和平坦的等离子体模式在莫尔系统是高度可调的，可以通过改变垂直电场和电子掺杂控制，他们坚持在很宽的扭转角范围。
2022-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Edge photocurrent in bilayer graphene due to inter-Landau-level transitions
我们报道了太赫兹辐射和磁场作用下双层石墨烯边缘光电流的共振激发。在朗道能级（LL）之间的带间（在低载流子密度下）和带内（在高密度下）跃迁中都观察到共振激发的边缘光电流。虽然带内LL跃迁可以追溯到经典回旋共振（CR）并产生强共振特征，但带间LL共振具有量子性质，并导致测量的光电流谱中的较弱特征。所观察到的功能的幅度和偏振特性与半经典理论的带内边缘光电效应，包括其Shubnikov-de-Haas振荡在低温下同意。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall
Tunnel field-effect transistors for sensitive terahertz detection
将电磁波整流为直流电是能量收集、超5G无线通信、超快科学和观测天文学的关键过程。随着辐射频率提高到亚太赫兹（THz）域，传统电子器件的交流到直流转换变得具有挑战性，需要替代整流协议。在这里，我们通过双层石墨烯（BLG）制成的隧道场效应晶体管来解决这一挑战。利用BLG的电调谐能带结构，我们创建一个横向隧道结，并将其耦合到暴露于太赫兹辐射的天线。然后通过隧道结非线性对入射辐射进行下变频，从而实现高响应度（> 4 kV/W）和低噪声（0.2 pW/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$ }）检测。我们演示了如何切换带内欧姆带间隧穿制度可以提高探测器的响应度的几个数量级，与发达的理论。我们的工作展示了隧道晶体管在THz探测中的潜在应用，并揭示了BLG作为一个有前途的平台。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable spin waves in antiferromagnetic atomic bilayers
二维层状磁性材料的出现为二维磁性的基础研究和基于自旋的应用探索开辟了一个令人兴奋的领域。近年来，二维磁性材料显示出了许多显著的性质，包括磁性隧道结中的自旋过滤和磁性态的栅极控制。虽然这些研究集中在静态性质，动态磁性能，如自旋波的激发和控制仍然难以捉摸。在这里，我们激发自旋波和探测其动力学在反铁磁CrI 3双层采用超快光泵/磁光克尔探测技术。我们确定了亚太赫兹磁共振下的面内磁场，从我们确定的各向异性和层间交换场和自旋阻尼率。我们进一步表明，通过静电门控的反铁磁共振调谐数十千兆赫兹。我们的研究结果揭示了二维磁性材料的磁激发和自旋动力学，并展示了它们在超快数据存储和处理中的独特应用潜力。
2020-01-13 cond-mat.mes-hall
Valley separation of photoexcited carriers in bilayer graphene
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）
通过考虑三角翘曲引起的低能带结构强各向异性，理论预测无带隙和带隙双层石墨烯中光激发载流子在不同谷间分离，并提出了基于线性偏振光增强谷极化和圆偏振光检测谷极化的光学谷霍尔效应。
2026-05-29 cond-mat.mes-hall
Ratchet effect in spatially modulated bilayer graphene: Signature of hydrodynamic transport
我们报告观察棘轮效应-产生直接电流响应外部太赫兹（THz）辐射-在双层石墨烯，其中反转对称性被打破的不对称的双光栅栅电位。作为一个中心的结果，我们表明，在高温下，$T = 150~\textrm{K}$，棘轮电流在高频$ \propto 1/ω^2$减少，而在低温下，$T = 4.2~\textrm{K}$，频率依赖性变得更强$\propto 1/ω^6$。理论表明，棘轮电流的频率依赖性对电子-杂质散射率和电子-电子散射率的比值非常敏感。该理论预测的依赖性$1/ω^6$是实现在流体动力学制度，当电子-电子散射占主导地位，而$1/ω^2$是特定的漂移扩散近似。因此，我们的实验观察到一个非常强的频率依赖性揭示了流体动力学制度的出现。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall
Generating coherent phonon waves in narrow-band materials: a twisted bilayer graphene phaser
本文提出利用扭曲双层石墨烯中极低费米速度的慢电子能带，通过受激发射放大晶格振动，构建名为phaser的器件以产生太赫兹频率的相干声子束，为量子存储、量子态探测、非平衡物相及太赫兹光学器件设计开辟新途径。
2022-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Magic-angle bilayer graphene nano-calorimeters -- towards broadband, energy-resolving single photon detection
由于中红外和太赫兹频率中的超低光子能量，在这些波段中，光电探测器是众所周知的不发达，并且宽带单光子探测器（SPD）是不存在的。先进的SPD利用纳米结构超导体中的热效应，由于其高电子热容，其性能目前仅限于更高能的近红外光子。在这里，我们展示了一个超导魔角扭曲双层石墨烯（MAG）设备，该设备能够利用其创纪录的低热容量和急剧的超导转变来检测超低能量的单光子。我们从理论上量化了它的量热光响应，并估计其检测限。该器件可以探测从可见光到亚太赫兹的超宽范围单光子，响应时间约为4 ns，能量分辨率优于1 THz。这些特性使MAG成为一种特殊的长波长单光子传感材料，它将给量子信息处理和射电天文学等领域带来革命性的变化。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Enhanced Terahertz Thermoelectricity via Engineered van Hove Singularities and Nernst Effect in Moiré Superlattices
本研究利用莫尔能带工程，在石墨烯莫尔超晶格中借助范霍夫奇点和小磁场下的太赫兹能斯特效应增强太赫兹热电响应，为高性能太赫兹光电器件提供了新平台。
2025-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Room-Temperature Plasmon-Assisted Resonant THz Detection in Single-layer Graphene Transistors
本研究在高质量单层石墨烯短沟道栅极光电探测器中实现了室温THz辐射共振探测，其机制依赖于石墨烯中较弱的本征电子-声子散射以避免等离子体振荡阻尼。
2024-01-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Infrared Spectroscopy of Wafer-Scale Graphene
我们报告的光谱结果从中到远红外线的晶圆级石墨烯，外延生长在碳化硅上，或通过化学气相沉积。自由载流子吸收（Drude峰）与通用光学电导率（由于带间跃迁）和由于带填充而发生泡利阻塞的波长同时获得。从这些可以推断石墨烯层数、掺杂水平、薄层电阻率、载流子迁移率和散射率。与剥离的双层石墨烯相比，外延双层石墨烯的中红外吸收在0.37 \pm 0.02 eV处显示出较不明显的峰。在重化学掺杂的单层石墨烯中，在这种原子级薄的材料中测量到由于在250 \mum（40 cm-1）下接近40%的自由载流子而导致的创纪录的高透射率降低，支持石墨烯在远红外和太赫兹光电子学中的巨大潜力。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall effect, magneto-optical properties, and nonlinear optical properties of twisted graphene systems
研究了扭曲双层石墨烯（TBG）与六方氮化硼（hBN）衬底以及扭曲双层石墨烯系统的反常霍尔效应、磁光性质和非线性光学性质。我们发现，在扭曲石墨烯系统中，非零谷极化将引起反常的霍尔效应，可以通过面内磁场进行调谐。谷偏振态也与太赫兹频率范围内的巨大法拉第/克尔旋转有关。此外，hBN取向的TBG和TDBG都表现出巨大的非线性光学响应凭借的反转对称性破缺，小带宽，和小的激发隙的系统。我们的计算表明，在这两个系统中的非线性光学电导率的移位电流的数量级为$10^3\,μ$ A/V $^2$和二次谐波产生（SHG）的可伸缩性的数量级为$10^6\,$ pm/V的太赫兹频率制度。此外，在$AB\textrm{-}BA$堆叠的TDBG中，我们发现有限的轨道磁化将产生一个新的非线性光电导张量分量$σ^{x}_{xx} $;而在垂直电场的$AB$ - $AB$堆叠的TDBG中，谷极化和轨道磁化将对光电导张量的$σ^{y}_{xx}$分量做出显著贡献。这些非线性光电导与系统的轨道磁化成比例，因此预期它们响应于面外磁场而表现出滞后行为。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Slow interband recombination promotes an anomalous thermoelectric response of the $p-n$ junctions
本文揭示了p-n结中电子与空穴带间不平衡会导致热电压符号和大小反常，并指出少数载流子扩散长度超过热斑尺寸是反常出现的条件，带间隧穿可部分恢复，对低温光电探测器具有参考意义。
2024-12-08 cond-mat.mes-hall
Temperature Dependent Zero-Field Splittings in Graphene
石墨烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，具有45 $μ$ eV宽的非平凡拓扑带隙，由固有的自旋轨道耦合引起。尽管这种零场自旋分裂很弱，但它使石墨烯成为量子技术应用的有吸引力的候选者，因为它具有较长的自旋弛豫时间。另一方面，石墨烯与氮化硼衬底耦合产生的交错亚晶格势补偿了固有的自旋-轨道耦合，降低了非平凡拓扑能隙，这可能导致相变到平凡带绝缘体态。本文利用亚太赫兹光电导电子自旋共振技术，对单层和双层石墨烯在2K-12 K温度范围内的零场分裂进行了广泛的实验研究。令人惊讶的是，我们观察到随着温度的升高，自旋分裂的减少。我们讨论了这种现象的起源，考虑可能引起的自旋轨道耦合的温度依赖性的物理机制。这些包括石墨烯和氮化硼衬底或金属接触之间的膨胀系数的差异，电子-声子相互作用以及低温下磁序的存在。我们的实验观察扩展了关于石墨烯中的非平凡拓扑间隙的知识。
2022-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photogalvanic effect in few layer graphene
Northeast Normal University（东北师范大学）；Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Zhengzhou University（郑州大学）
研究少层石墨烯中非线性光生电效应，揭示ABA堆叠三明治中因破缺反演对称性而产生非零位移电流，为非线性光电流提供设计原理。
2026-04-10 cond-mat.mes-hall
