Carrier dynamics in graphene: ultrafast many-particle phenomena
石墨烯是研究基本库仑和声子诱导载流子散射过程的理想材料。其显著的无带隙和线性能带结构开辟了新的载流子弛豫通道。特别是，俄歇散射桥接的价带和导带的改变的载流子的数量，并引起一个显着的载流子倍增-超快的多粒子现象，是有希望的设计高效的光电探测器。此外，在狄拉克点处的态密度消失结合超快声子诱导的带内散射导致载流子的积累和粒子数反转，这表明基于石墨烯的太赫兹激光器的设计。在这里，我们回顾了我们的工作在石墨烯和朗道量子化石墨烯的超快载流子动力学提供了一个微观视图上的外观载流子倍增和粒子数反转。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast laser pulse characterization by THG d-scan using optically enhanced graphene coatings
为了提高石墨烯的非线性光学响应和抗激光损伤能力，我们利用甲酸光辅助转移氢化反应成功地对5层TCVD生长的石墨烯进行了功能化。使用功能化的石墨烯样品，我们能够使用THG色散扫描完全表征亚10 fs超短激光脉冲，结果与原始石墨烯样品获得的结果非常一致。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Rabi oscillations under ultrafast excitation of graphene
研究了本征石墨烯带间超快激发下载流子的相干非线性动力学。随着泵浦强度的增加，响应出现拉比振荡。考虑到能量弛豫和退相的影响，计算光激发分布与时间和能量的关系。光谱和时间依赖性的探测辐射的响应（透射和反射系数）被认为是不同的泵浦强度和拉比振荡与时间和强度进行了分析。
2010-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tm-doped fiber laser mode-locked by graphene-polymer composite
利用石墨烯可饱和吸收体实现了1.94μm掺铥光纤激光器的锁模。在6.46MHz频率下，激光输出为3.6ps，能量约为0.4nJ，振幅起伏约为0.5%。这是一种简单、低成本、稳定和方便的激光振荡器，适用于需要人眼安全和低光子能量光源的应用，如传感和生物医学诊断
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Measurement of Ultrafast Carrier Dynamics in Epitaxial Graphene
使用超快光泵浦-探测光谱，我们已经测量了SiC晶片上生长的外延石墨烯层的载流子弛豫时间。我们发现两个不同的时间尺度与非平衡光生载流子的弛豫。在70-120 fs范围内的初始快速弛豫瞬态之后是0.4-1.7 ps范围内的较慢弛豫过程。较慢的弛豫时间被发现是成反比的石墨烯层中的结晶无序的程度，如通过拉曼光谱测量。我们与测量的快，慢的时间常数载流子和载流子声子带内和带间散射过程中的石墨烯。
2007-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical-Pump Terahertz-Probe Spectroscopy of the Carrier Relaxation and Recombination Dynamics in Epitaxial Graphene
利用光泵太赫兹探测光谱研究了外延石墨烯中光生电子和空穴的超快弛豫和复合动力学。石墨烯在太赫兹频率下的电导率取决于载流子浓度以及载流子能量分布。因此，时间分辨的电导率的研究可以用来探测与载流子带内弛豫和带间复合相关的动力学。我们首次报道了外延石墨烯中的电子-空穴复合时间。我们的研究结果表明，载流子冷却发生在亚皮秒的时间尺度和带间复合时间的载流子密度依赖。
2008-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and widely tuneable vertical-external-cavity surface-emitting laser, mode-locked by a graphene-integrated distributed Bragg reflector
我们报告了一种通用的和具有成本效益的方式来控制基于石墨烯的可饱和吸收体（GSA）的不饱和损耗、调制深度和饱和通量，通过改变SLG和高反射镜之间的间隔物的厚度。这允许我们调制的电场强度增强在GSA从0到400%，由于入射光和反射光在镜子的干涉。SLG反射镜组件的不饱和损耗可以减小到$\sim$ 0。我们用它来锁模从935到981 nm的VECSEL。这种方法可以应用于将SLG集成到各种光学元件中，例如输出耦合镜、色散镜、增益材料上的介质涂层。相反，它也可以用于增加各种基于石墨烯的光子学和光电子器件（如光电探测器）的吸收（高达10%）。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast lithium diffusion in bilayer buckled graphene: A comparative study of Li and Na
采用分子动力学模拟研究了双层石墨烯曲率对锂原子层间扩散的影响。平行于折叠轴方向的扩散系数显著增大，平行扩散系数与垂直扩散系数之比取决于折叠方向和堆叠类型，并随折叠程度的增加而增大。最强的各向异性是在固定的锯齿形边缘的情况下观察到的。与Na的层间扩散的比较表明，屈曲石墨烯的振动状态的强不对称性以及Li的较小质量可能有助于观察到的扩散增强。这一工作为开发可充电碱性电池的高效阳极开辟了一条新途径。
2019-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast formation of transient 2D diamond-like structure in twisted bilayer graphene
由于蜂窝中心的碳原子与相邻石墨烯片中的碳原子不匹配，理论家预测，当直接将石墨转化为sp3键合的金刚石时，需要滑动过程来形成AA，AB或ABC堆叠。在这里，使用扭曲的双层石墨烯，它自然提供AA和AB堆叠配置，我们报告了飞秒激光照射下的瞬态2D类金刚石结构（在对齐的石墨烯中没有观察到）的超快形成。这种光诱导的相变是由新的键长的外观1.94 A和3.14 A的时间依赖的微分对分布函数使用MeV超快电子衍射证明。分子动力学和第一性原理计算表明，sp3键在AA和AB堆积区成核，呈莫尔条纹。这项工作揭示了石墨到金刚石的直接转化机制，60多年来一直没有完全理解。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Link between interlayer hybridization and ultrafast charge transfer in WS$_2$-graphene heterostructures
光激发后的超快电荷分离是各种范德华（vdW）异质结构中的一种常见现象，与光捕获和检测的未来应用有很大关系。对这种现象的理论理解通过伴随着能量耗散的电荷转移态向强耦合声子的相干机制收敛。详细的微观路径是材料特异性的，因为它们敏感地取决于各个层的能带结构、异质结构中的相对能带对准、层之间的扭转角以及导致杂化的层间相互作用。我们使用时间和角度分辨的光电子能谱结合紧密结合和密度泛函理论的电子结构计算研究WS $_2$ -graphene vdW异质结构中的超快电荷分离和复合。我们确定了几个避免交叉的能带结构，并讨论其相关性的超快电荷转移。我们将我们自己的观察现有的理论模型，并提出了一个统一的图片超快电荷转移的vdW异质结中出现的能带对准和扭曲角作为最重要的控制参数。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Transient response under ultrafast interband excitation of an intrinsic graphene
从理论上研究了本征石墨烯在超快激发下由无碰撞带间跃迁引起的载流子瞬态演化。分析了准弹性声子散射引起的能量弛豫和热辐射引起的带间产生-复合跃迁。载流子的分布得到的极限情况下，当载流子-载流子散射可以忽略不计，当载流子间散射施加准平衡分布。瞬态光学响应（差分反射率和transmittance）的探测辐射和瞬态光电导（响应弱直流电场）似乎是强烈依赖于载流子的弛豫和复合动力学。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector
本文通过片上电学读出和氧化锌顶栅设计，在带宽达220 GHz的石墨烯光电探测器中揭示了光热电转换的瞬时提取与费米能级依赖的带内散射调控机制，为超快石墨烯光电子器件提供了关键支撑。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunnel-Barrier-Engineered Ultrafast Demagnetization and Spin Transport in Graphene-Based Heterostructures
S. N. Bose National Center for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（加尔各答印度科学与教育研究所）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
通过工程化超薄隧穿屏障层，研究了石墨烯基异质结构中超快去磁与自旋输运的调控机制，实现了对自旋磁化动态的外部控制。
2026-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hot-Carrier cooling in Quasi Freestanding Bilayer Graphene with Hydrogen Intercalated Atoms
利用飞秒太赫兹光泵浦探测光谱研究了准自由支撑双层外延石墨烯中热载流子的冷却动力学。我们观察到较长的衰减时间常数，在2.6至6.4 ps的范围内，与以前的研究相比，单层石墨烯，这增加非线性与激发强度。增加的弛豫时间是由于在氢嵌入之后石墨烯层与SiC衬底的解耦，这增加了石墨烯与衬底之间的距离。此外，我们的测量没有表明超碰撞机制与热载流子的冷却过程有关，这最终是通过电子光学声子散射实现的。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The pH Dependence of Ultrafast Charge Dynamics in Graphene Oxide Dispersions
氧化石墨烯的发射的pH依赖性被认为是由于表面官能团的质子化。在这项研究中，我们使用瞬态吸收光谱来研究氧化石墨烯在一定pH值范围内的亚皮秒电荷动力学，观察到与pH < 9.3的激发态质子化步骤一致的动力学。这一过程的时间尺度为~ 1.5 ps，随后发生了相应的重组动力学变化。还观察到一个中心位于530 nm的与激发态质子化有关的宽光致吸收峰。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Direct evidence for efficient ultrafast charge separation in epitaxial WS$_2$/graphene heterostructure
我们使用时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）研究单层WS $_2$和石墨烯的外延异质结构中的超快电荷转移。这种异质结构结合了直接带隙半导体的优点，具有强的自旋轨道耦合和强的轻物质相互作用，以及具有极高迁移率和长自旋寿命的半金属承载无质量载流子的优点。我们发现，在WS $_2$中的A-激子共振光激发后，光激发的空穴迅速转移到石墨烯层中，而光激发的电子保留在WS $_2$层中。发现所得的电荷转移态具有$\sim1$ 1，ps的寿命。我们将我们的发现归因于散射相空间的差异，这些差异是由WS $_2$和石墨烯带的相对对齐引起的，正如高分辨率ARPES所揭示的。结合使用圆偏振光的自旋选择性激发，所研究的WS $_2$ /石墨烯异质结构可能为有效的光学自旋注入石墨烯提供新的平台。
2019-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-Lived Charge Separation Following Pump-Energy Dependent Ultrafast Charge Transfer in Graphene/WS$_2$ Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化合物（TMDC）组成的范德华异质结构最近在高性能光电应用中显示出巨大的前景。然而，深入了解器件操作的关键过程，即界面电荷转移（CT）和复合，迄今为止仍然难以捉摸。在这里，我们研究这些过程中的石墨烯WS $_2$异质结构，通过互补探测超快太赫兹光电导石墨烯和WS $_2$的瞬态吸收动力学光激发。我们发现，CT通过石墨烯-WS $_2$界面发生的亚A激子激发的光电子发射，和直接从WS $_2$的价带的石墨烯的A激子激发的空穴转移。值得注意的是，我们观察到，在CT后的异质结构中分离的电荷寿命非常长：超过1 ns，与以前的研究中报道的~1 ps电荷分离相反。这导致石墨烯的有效光选通。这些发现为进一步优化光电子器件的性能，特别是光电探测性能提供了相关的见解。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast graphene photodetector
石墨烯的电子性质是独特的，并吸引了越来越多的关注，这种新的二维系统。它的光子特性同样令人印象深刻。例如，这个单原子层通过直接带间跃迁在非常宽的波长范围内吸收相当大一部分光（~2.3%）。然而，虽然在电子学中的应用正在被大力追求，但光子应用并没有引起太多的关注。在这里，我们报告超快光电流响应测量石墨烯（单层和多层）场效应晶体管（FET）高达40 GHz的光强度调制频率，使用1.55微米的激发激光。在最高测量频率下没有观察到光响应退化，证明了在光子学中使用石墨烯的可行性和独特优势。进一步的分析表明，这种基于石墨烯FET的光电探测器的固有带宽可以超过500 GHz。最值得注意的是，这种石墨烯光电探测器中的光载流子的产生和传输与目前已知的半导体光电探测器中的光载流子的产生和传输根本不同，导致显著高的带宽、零源极-漏极偏置（因此零暗电流）操作和良好的内部量子效率。
2009-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast THz Faraday Rotation in Graphene
采用太赫兹（THz）法拉第旋转测量研究p型CVD石墨烯中的载流子动力学。我们在磁场中使用静态和时间分辨偏振敏感的THz透射测量来探测GaAs、InP和石墨烯中的自由载流子。静态测量探测平衡载流子密度和动量散射率。时间分辨（光泵/太赫兹探测）测量探测光激发后这些量的变化。在典型的CVD石墨烯样品中，我们发现在800 nm处用1*10^13光子/cm 2脉冲光激发后0.5ps，有效空穴散射时间从37 fs降低到34.5fs，而载流子浓度从2.0*10^12/cm 2增加到2.04*10^12/cm 2，导致膜的电导率瞬时降低。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Carrier Recombination and Generation Rates for Plasmon Emission and Absorption in Graphene
给出了石墨烯中等离子体激元发射和吸收的电子-空穴产生率和复合率。已经发现由于等离子体激元发射的载流子的复合时间在数十飞秒到数百皮秒的范围内。复合时间敏感地依赖于载流子能量、载流子密度、温度和等离子体激元色散。在狄拉克点附近的载流子被发现有更长的寿命相比，在更高的能量载流子。极性衬底上的石墨烯层中的等离子体激元与表面光学声子杂交，并且这种杂交改变等离子体激元分散。我们还提出了由于等离子体发射和吸收在极性基板上的石墨烯层的载流子的产生和复合率。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Opto-Electronic and Thermal Tuning of Third-Harmonic Generation in a Graphene Field Effect Transistor
本文在hBN封装的石墨烯场效应晶体管中结合晶格温度、电子掺杂和全光学调谐，实现了三次谐波产生高达85%的调制深度及栅极可调超快动力学，为纳米尺度超快光学调制器、探测器和频率转换器设计提供了关键依据。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Precise and ultrafast molecular sieving through graphene oxide membranes
人们对石墨烯基材料的过滤和分离性能非常感兴趣，这些材料可以具有明确的纳米孔并在其中表现出低摩擦水流。在这里，我们研究通过氧化石墨烯层压板的分子渗透。它们在干燥状态下是真空密封的，但如果浸入水中，则充当分子筛，阻挡水合半径大于4.5 A的所有溶质。较小的离子渗透通过膜，阻抗很小，比扩散机制快许多数量级。我们通过一个纳米胶囊网络来解释这种行为，该网络在水合状态下开放，并且只接受适合的物种。小盐的超快分离归因于“离子海绵”效应，其导致石墨烯毛细管内的高度浓缩的盐溶液。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ultrafast Electron Dynamics in Epitaxial Graphene Investigated with Time- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
为了利用石墨烯有趣的光学特性，有必要更好地了解超短时间尺度上材料中的光-物质相互作用。用强烈的超快激光脉冲激发狄拉克费米子会触发一系列涉及电子、声子和杂质之间相互作用的过程。在这里，我们研究这些相互作用的外延石墨烯支持碳化硅（半导体）和铱（金属）基板上使用超快时间和角度分辨光电子能谱（TR-ARPES）的基础上高次谐波产生。对于半导体衬底，我们揭示了一个复杂的热载流子动力学，表现在一个升高的电子温度和线宽的$π$带的增加。通过分析这些效应，我们能够解开石墨烯中的电子弛豫通道。在金属衬底上，发现这种热载流子动力学受到金属的存在的严重干扰，并且我们发现，由于金属对激光场的屏蔽，电子系统比半导体更难加热。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast zero balance of the oscillator-strength sum rule in graphene
光致跃迁中的振子强度求和规则是量子力学恒等式的一种普遍形式。虽然这个求和规则在平衡态光物理学中已经很好地建立起来，但是在非平衡态下验证求和规则的实验确证一直是一个长期未探索的问题。石墨烯的简单能带结构是研究这一问题的理想体系，因为它具有线性的Dirac-like能量色散。在这里，我们采用超快太赫兹和光学光谱直接监测准自由低能振荡器和高能费米边振荡器之间的瞬态振荡器强度平衡。在热狄拉克费米子的光激发下，我们观察到高能振荡器的超快耗尽正好补充了增加的太赫兹吸收振荡器。我们的研究结果可以提供一个实验先验，以了解，例如，固有的自由载流子动力学的高能量光激发，负责光电操作，如石墨烯光电晶体管或太阳能收集设备。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Graphene Light Emitter
本研究展示了电驱动超快石墨烯发光器，实现10 GHz带宽和可见至近红外发射，通过hBN封装增强辐射并实现高效冷却，为片上光源提供新途径。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles study of ultrafast dynamics of Dirac plasmon in graphene
探索低损耗的二维等离子体模式被认为是实现纳米级光操纵和等离子体科学技术应用的核心。在这种情况下，泵浦探测光谱是一个强大的工具，研究这些集体模式和相应的能量转移过程。在这里，我提出了一个第一性原理研究非平衡狄拉克等离子体在石墨烯，其中阻尼通道在超快条件下仍然没有得到充分的探索。激光诱导的等离子体激元能量蓝移解释的热增加的电子空穴对浓度的带内通道。有趣的是，虽然平衡石墨烯等离子体的阻尼路径完全由声学声子的散射决定，但光致等离子体主要将其能量转移到强耦合的热光学声子，这解释了实验观察到的等离子体线宽增加十倍。本研究铺平了道路，在新的二维系统和异质结构等离子体激元时间动力学的深入理论理解。
2021-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transient Charge and Energy Balance in Graphene Induced by Ultrafast Photoexcitation
超快光学泵浦探测光谱测量单层石墨烯观察到显着的光学非线性。我们发现，强光激发的石墨烯单层与35 fs脉冲准瞬时建立了一个宽带，倒狄拉克费米子人口。光学增益出现，并直接表现在第一个200 fs的近红外区域的负电导率，其中受激发射完全补偿石墨烯层中的吸收损失。为了定量研究这种瞬态的，非常密集的光激发的Dirac费米子状态，我们构建了一个两个化学势模型，除了一个随时间变化的瞬态载流子温度高于晶格温度，描述人口反转电子态亚稳态的时间尺度上的几十飞秒产生的强激发脉冲。计算的瞬态光学电导率揭示了一个完整的漂白的吸收，这设置在脉冲传播的饱和密度。特别地，模型计算再现了在接近饱和状态下的较低频率下的负光学电导率，证实了在宽近红外窗口中观察到的飞秒受激发射和光学增益。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Relaxation Dynamics of Hot Optical Phonons in Graphene
利用超快光学泵浦探测光谱技术，研究了在碳化硅衬底上外延生长的单层和多层石墨烯薄膜以及在镍衬底上化学气相沉积的单层和多层石墨烯薄膜中热光学声子的弛豫动力学。在光激发后的前几百飞秒中，热载流子将其大部分能量损失到热光学声子的产生中，热光学声子随后成为随后载流子冷却的主要瓶颈。在短时间尺度上的光学声子冷却被发现是独立的石墨烯生长技术，层数，和类型的基板。我们发现平均声子寿命在2.5-2.55 ps范围内。我们用速率方程模拟了耦合载流子-声子系统的弛豫动力学，发现实验数据与理论符合得很好。提取的光学声子寿命与基于非简谐声子相互作用的理论非常吻合。
2009-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-intio study of ultrafast charge dynamics in graphene
单层石墨烯提供了一种理想的材料来探索基本的光场驱动干涉效应之一：Landau-Zener-Stückelberg干涉。然而，在动量空间中直接观察到干涉图样是不可能的，朗道-齐纳-施蒂克尔伯格干涉只能通过光学感应的剩余电流间接观察到。在这里，我们表明，瞬态电子动量密度（EMD），一个对象，可以很容易地在实验中获得，提供了一个很好的描述动量分辨电荷激发。我们采用国家的最先进的含时密度泛函理论计算，证明通过直接比较的EMD与导带占有率，从投影的时间传播波函数到基态，这两个数量是在极好的协议。即使是最强的激光脉冲，我们发现，电子动力学几乎完全由$π$带，与过渡到其他波段强烈抑制。因此，基于简单模型的紧束缚方法有望为石墨烯中的激光诱导电子动力学提供良好的描述。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Optical Control of Ultrafast Photocurrent in Graphene
本研究探索超快尺度下单层石墨烯光电流的光学调控，分析光电流与谷极化的差异，发现不同偏振的ω-2ω激光可分别实现二者的独立调控，且应变工程可提升光电流幅值，为相关领域应用提供新思路。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Competing Ultrafast Energy Relaxation Pathways in Photoexcited Graphene
对于石墨烯的大多数光电应用，彻底理解光激发载流子的能量弛豫过程是必不可少的。石墨烯中的超快能量弛豫通过两种相互竞争的途径发生：载流子-载流子散射（产生升高的载流子温度）和光学声子发射。目前，还不清楚是什么决定了主要的弛豫途径。在这里，我们达到了一个统一的图片的超快能量弛豫的太赫兹光电导，而变化的费米能量，光子能量，并在很宽的范围内的注量。我们发现，足够低的能量密度（$\lesssim$ 4 $μ$ J/cm $^2$）与足够高的费米能（$\gtrsim$ 0.1 eV）一起引起能量弛豫，主要由载流子-载流子散射，这导致有效的载流子加热。在增加注量或降低费米能量时，载流子加热效率降低，这可能是由于能量弛豫越来越多地由声子发射主导。通过载流子-载流子散射的载流子加热解释了在太赫兹频率下观察到的掺杂石墨烯的负光电导性。我们提出了一个简单的模型，再现了广泛的费米能级和激发能的数据，并使我们能够定性地评估两个不同的弛豫途径之间的分支比取决于激发通量和费米能量。
2014-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Liquid Water Transport Through Graphene-Based Nanochannels Measured by Isotope Labelling
石墨烯基层压材料，具有通过简单地将石墨烯薄片堆叠在一起形成的超长和曲折的纳米胶囊，在过滤和分离方面具有很大的前景。然而，液态水跨膜渗透的信息是缺乏的，这是最基本的问题，并在溶液为基础的质量传输至关重要。在这里，同位素标记的基础上，我们调查的液体水运输通过石墨烯基纳米胶囊在没有外部静水压力。液态水在石墨烯纳米通道中的扩散系数比在亚微米聚合物通道中的扩散系数大4~5个数量级。当将离子溶解在源中时，离子通过石墨烯通道的扩散系数与水处于相同的数量级，而离子扩散比水快，这表明离子主要通过快速水流传输，并且离子与纳米毛细管壁之间的微妙相互作用也在加速离子传输中起作用。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ultrafast Epitaxial Growth of Metre-Sized Single-Crystal Graphene on Industrial Cu Foil
使用单晶硅的现代技术的基础是直径高达12英寸或更大的高质量单晶硅锭的生长。对于石墨烯的许多应用，大面积高质量（理想情况下是单晶）材料将成为可能。自从十年前在铜箔上首次生长以来，已经实现了英寸大小的单晶石墨烯。我们在这里呈现了在20分钟内生长具有> 99%超高取向晶粒的5 X 50 cm 2尺寸的石墨烯膜。这一增长是通过以下方式实现的：（i）合成亚米尺寸的单晶Cu（111）箔作为衬底;（ii）在Cu（111）表面上外延生长石墨烯岛;（iii）将这样的石墨烯岛无缝合并成具有高单晶度的石墨烯膜;以及（iv）石墨烯膜的超快生长。这些成就是通过温度驱动退火技术从工业多晶铜箔生产单晶Cu（111）以及相邻氧化物连续供氧的奇妙效果实现的。所合成的石墨烯膜具有非常少的错取向晶粒（如果有的话），在4K下具有高达~ 23，000 cm 2 V-1 s-1的迁移率，并且室温薄层电阻为~ 230欧姆/平方。这种方法很有可能扩大规模，以获得具有单一结晶度的超大型和高质量的石墨烯薄膜，从而以低成本实现各种工业级应用。
2017-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Terahertz Photoconductivity and Near-Field Imaging of Nanoscale Inhomogeneities in Multilayer Epitaxial Graphene Nanoribbons
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究通过太赫兹光谱揭示多层外延石墨烯纳米条带中纳尺度不均匀性的电导特性及光电响应，发现准中性层具有高载流子迁移率和强正光电导率。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Terahertz Conductivity and Ultrafast Dynamics of Terahertz Plasmons in Periodic Arrays of Epitaxial Graphene Nanoribbons
本文利用太赫兹光谱和扫描近场显微镜，研究了外延石墨烯纳米带中太赫兹等离子体的超快动力学，揭示了光激发后载流子温度在约7 ps内从超过5000 K降至晶格温度、迁移率基本不变，并发现缺陷势垒和边缘散射对载流子输运的影响。
2024-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Ultrafast Interfacial Exciton Formation and Recombination in Graphene/MoS2 Heterostructure
在这项研究中，我们结合时间分辨太赫兹光谱与瞬态吸收光谱，重新审视层间非平衡载流子动力学在很大程度上横向尺寸的Gr/MoS 2异质结构与化学气相沉积方法制造。我们的实验结果表明，当光子能量低于MoS 2单层的A激子时，热电子从石墨烯到MoS 2的转移在小于0.5ps的时间尺度内发生，导致异质结构中界面激子的超快形成，随后界面激子的复合弛豫发生在~18 ps的时间尺度内.提出了一个考虑石墨烯中载流子加热和光门效应的新模型来估算异质结中的载流子转移量，该模型与实验结果吻合较好。此外，当光子能量与MoS 2的A激子共振时，MoS 2中的光生空穴在0.5ps内转移到石墨烯层，导致界面激子的形成，随后的石墨烯光电导弛豫和MoS 2中A激子的漂白恢复发生在约10 ps的时间尺度，归因于界面激子的复合。共振激发下界面激子的更快复合时间可能来自于带隙重整化效应引起的界面势垒的降低。我们的研究为深入理解石墨烯基异质结构中的界面电荷转移以及弛豫动力学提供了深刻的见解，这对于石墨烯基光电子器件的应用具有重要意义。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Dynamics of Massive Dirac Fermions in Bilayer Graphene
双层石墨烯是一种非常有前途的材料，用于电子和光电应用，因为它支持大量的狄拉克费米子具有可调的带隙。然而，迄今为止，还没有一致的图像间隙的光学和输运行为的影响已经出现，它已经提出，间隙的绝缘性质可能会受到不可避免的结构缺陷，拓扑间隙状态，或电子结构可以完全改变多体效应。在这里，我们直接遵循激发载流子在双层石墨烯的飞秒时间尺度上，使用超快的时间和角度分辨光电发射。我们发现一个行为与单粒子带隙一致。与单层石墨烯相比，这种带隙的存在导致最低导带的最小值中的载流子寿命增加。这与导带的第二子状态形成鲜明对比，在第二子状态中，激发的电子通过快速的声子辅助的带间跃迁衰减。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast humidity sensor based on liquid phase exfoliated graphene
湿度传感对各种技术和行业都很重要，从环境和工业监测到医疗应用。虽然湿度传感器比比皆是，但很少有可用的解决方案是薄的，透明的，与大面积传感器生产兼容的，并且几乎没有一个足够快，可以通过呼吸检测或通过皮肤湿度传感进行实时手指接近监测来执行人体呼吸监测。这项工作描述了化学电阻石墨烯基湿度传感器，其在几个步骤中通过简单的液相剥离（LPE），然后通过Langmuir-Blodgett组装来生产，从而实现几乎任何尺寸的活性区域。石墨烯传感器提供了独特的性能参数组合，随着湿度的变化，电阻变化高达10%，在8%至95%之间的相对湿度（RH）水平上的线性性能，对空气的其他成分的弱响应，柔性，近80%的透明度，和响应时间为30毫秒。对湿度的快速响应被证明是有用的呼吸监测和实时手指接近检测，具有在柔性非接触式交互面板中的潜在应用。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast electron dynamics of electron-irradiated graphene
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究电子辐照下石墨的电子动力学，通过第一性原理模拟比较经典和量子力学描述下的电子相互作用，揭示量子效应在特定能量范围内的关键作用，为纳米制造和高分辨电子束技术提供指导。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
k-resolved ultrafast light-induced band renormalization in monolayer WS$_2$ on graphene
本研究利用时间和角度分辨光电子能谱探究了石墨烯上单层WS$_2$在A激子共振激发后的瞬态电子结构，观察到与 ab initio 理论吻合的显著能带重整化和瞬态带隙减小，揭示了本征与衬底贡献的重要作用。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast terahertz conductivity in epitaxial graphene nanoribbons: an interplay between photoexcited and secondary hot carriers
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究发现石墨烯窄带中光电导性随泵浦能量变化呈现非单调特性，由光激发载流子与二次热载流子的相互作用主导。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of ultrafast interfacial Meitner-Auger energy transfer in a van der Waals heterostructure
原子薄的层状范德华异质结构具有奇异的和涌现的光电特性。随着人们对这些新型量子材料的兴趣越来越大，对基本界面耦合机制的微观理解具有重要意义。在这里，使用多维光电子能谱，我们提供了一个超快层间电子和能量转移的单层WSe $_2$ /石墨烯异质结构的层和动量分辨视图。根据光学制备状态的性质，我们发现不同的主要转移机制：而电子注入从石墨烯到WSe $_2$后，观察到的准自由热载流子在石墨烯层的光激发，我们建立了一个界面迈特纳-俄歇能量转移过程中的激子在WSe $_2$的激发。通过分析激发态载流子的时间-能量-动量分布与速率方程模型，我们区分这两种类型的界面动力学，并确定WSe $_2$中的激子的超快转换到石墨烯中的价带跃迁。微观计算发现界面偶极-偶极耦合的Meitner-Auger能量转移占主导地位的传统Förster和Dexter型的相互作用，与实验观察一致。这里揭示的能量转移机制可能使新的热载流子为基础的设备概念与范德华异质结构。
2022-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast lithium diffusion in bilayer graphene
具有显著离子和电子传导的固体混合导体在电池电极中所需的传质和存储中起着关键作用。在室温下同时具有高电子和离子电导率的单相材料很难得到，因此已经提出了具有分离的离子和电子通道的多相系统。在这里，我们探索双层石墨烯作为一个真正的单相混合导体，并证明超快锂扩散超过扩散体石墨的数量级，甚至超过氯化钠在液态水中的扩散。为此，已经开发了一种创新的电化学电池架构，其中迫使锂嵌入的氧化还原反应仅位于装置的突起处。其剩余部分由未受电解质干扰的原始双层石墨烯组成。这种几何结构适合于使用从介观低维物理学中已知的磁输运机制。跨空间位移霍尔探针的时间依赖性霍尔测量提供了对面内扩散动力学的直接观察。具有周边材料电化学电池的器件布局可转移到其他2D材料以及薄膜，并且可以促进在片上实验中使用电解质的范式转变。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of sulphur vacancies on ultrafast charge separation in WS$_2$-graphene heterostructures
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；University of Marburg（马尔堡大学）
研究硫空位对WS₂-石墨烯异质结构中电荷分离动力学的影响，通过ARPES和模型计算揭示空位对能带对齐和掺杂水平的调控作用，明确空位浓度对电荷分离态寿命的影响机制。
2026-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Radiative Heat Transfer
导电材料中的光吸收产生其传导电子的加热，随后在皮秒内弛豫成声子，随后在较长的时间尺度上扩散到周围介质中。这种传统的光学加热图像由辐射冷却补充，辐射冷却通常以更低的速度发生，仅与保持在真空中或极端热隔离条件下的结构相关。在这里，我们揭示了相邻的等离子体支持石墨烯纳米结构之间的超快辐射冷却制度，其中非接触式热传递成为一个主导渠道。我们预测，沉积在石墨烯盘上的电子热能的>50%可以在飞秒时间尺度内转移到相邻的纳米岛。这种现象是由掺杂的石墨烯所显示的低电子热容和大等离子体场浓度的组合促进的。类似的效应应该发生在其他范德华材料，从而打开了一个未探索的途径，以有效的热管理的纳米结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Transient Trion Induced by Ultrafast Charge Transfer in Graphene/MoS2 Heterostructure
本研究提出通过超快电荷转移在Gr/MoS2异质结构中产生瞬态trion并控制其与激子比率，揭示了其动力学特性，为二维准粒子构建与多体相互作用控制提供新视角。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hot Dirac Fermions in Epitaxial Graphene
我们利用超快光学差分透射光谱研究了多层外延石墨烯中热狄拉克费米子准粒子的超快弛豫动力学。我们观察到DT光谱，这是很好地描述了带间跃迁，没有电子-空穴相互作用。在初始热化和发射高能声子之后，电子冷却由电子声学声子散射确定，发现对于高掺杂层在1 ps的时间尺度上发生，并且在未掺杂层中在4-11 ps的时间尺度上发生。光谱也为SiC上热生长外延石墨烯的多层结构和掺杂分布提供了有力的证据。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microscopic theory of ultrafast dynamics of carriers photoexcited by THz and near-infrared linearly-polarized laser pulses in graphene
通过求解微观动力学Bloch方程，研究了石墨烯中光激发载流子和非平衡声子的动力学行为。从激光场的泵浦和漂移效应以及相关的散射（包括库仑散射与动态屏蔽）明确包括在内。当抽运光子能量足够高时，漂移项的影响可以忽略不计，并且在所研究的线偏振激光脉冲中，在散射作用下建立了各向同性的热电子费米分布。然而，在具有低泵浦声子能量的情况下，漂移项是重要的，并且导致从电场到电子的净动量转移。由于这种净动量和占主导地位的库仑散射，漂移费米分布不同的静态电场下建立的被发现建立在几百飞秒。我们还表明，俄歇过程中只涉及密度矩阵的对角项的文献中调查的动态屏蔽是禁止的。然而，我们提出了一个俄歇过程涉及带间相干性，并表明它有助于载流子的动力学时，泵浦光子能量低。此外，还研究了线偏振光作用下动量各向异性分辨的热声子温度，揭示了其物理机制。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin graphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solvent permeation
氧化石墨烯（GO）膜由于其独特的分子筛性质和快速的渗透速率而继续吸引强烈的兴趣。然而，膜的使用主要限于水溶液，因为GO膜似乎对有机溶剂是不可渗透的，这是一种尚未完全理解的现象。在这里，我们报告了通过GO层压材料有效和快速地过滤有机溶液，所述GO层压材料包含由具有约10-20微米的大尺寸的薄片制成的光滑二维（2D）毛细管。在不牺牲其筛分特性的情况下，这种膜可以制成非常薄，低至约10 nm，这意味着不仅水而且有机溶剂的快速渗透。我们将有机溶剂的渗透和筛分性能的CHTGO层压体的随机分布的针孔的存在下，相互连接的短石墨烯通道的宽度为1纳米。随着膜厚度的增加，有机溶剂的渗透速率呈指数衰减，但水继续快速渗透，与以前的报告一致。通过显示>99.9%的溶解在甲醇中的具有小分子量的各种有机染料的截留率，证明了我们的叠层用于有机溶剂纳滤的应用潜力。我们的工作大大扩展了GO膜在纯化、过滤和相关技术中的应用。
2017-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Role of ultrafast electron-optical-phonon interactions in high harmonic generation from graphene
Technion- Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Schulich Faculty of Chemistry and Faculty of Physics（舒利希化学学院与物理学院）；Schulich Faculty of Chemistry（舒利希化学学院）
研究揭示了石墨中光学声子对高阶谐波生成的抑制作用，以及声子在电子-声子相互作用静态模型中的影响，为理解超快现象提供了新视角。
2026-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Vertically-Oriented Graphene Oxide Membranes for High-Performance Osmotic Energy Conversion
反向电渗析是一种很有前途的收集海水和淡水之间储存的渗透能的方法，但是半个世纪以来，制备具有超过5.0 W $m^{-2}$的工业基准功率密度的选择性渗透膜一直是一个长期的挑战。在此，我们报告了一种垂直取向的氧化石墨烯膜（V-GOMs），其具有高离子选择性和超快离子渗透的组合，其渗透率比广泛研究的水平堆叠的GOMs（H-GOMs）高三个数量级。通过混合人工海水和河水，我们获得了前所未有的10.6 W $m^{-2}$的高输出功率密度，超过了现有的所有材料。分子动力学（MD）模拟揭示了V-GOMs中的超快输运机制是由于离子快速进入和V-GOMs中大的可及区域以及明显的短扩散路径。这些结果将促进渗透能的实际应用，并为涉及超快传输的各种系统（例如过滤和催化）带来创新的设计策略。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
