Numerical computation of dynamical Schwinger-like pair production in graphene
评估了浸入均匀随时间变化的电场中的石墨烯样品中产生的电子-空穴对的密度。由于石墨烯中的低能电荷载流子由相对论性量子力学描述，因此计算在强场量子电动力学形式体系内执行，需要在动量空间中求解狄拉克方程。后者是解决使用分裂算子的数值方案在并行计算机上，允许几个字段配置的调查。通过计算一个实际的激光脉冲模型产生的电子动量密度，说明了该方法的强度。我们观察到的量子干涉图案让人想起Landau-Zener-Stückelberg干涉术。
2016-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ferrotronics for the creation of band gaps in Graphene
Department of Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge（剑桥大学材料科学与工程冶金系）
通过铁电石墨烯器件调控石墨烯带结构，实现能带隙形成，为子电路功能控制提供新方法。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall
Quantum electrodynamics with anisotropic scaling: Heisenberg-Euler action and Schwinger pair production in the bilayer graphene
我们讨论了各向异性标度下真空中出现的量子电动力学。各向异性标度系统是由Horava在引力的量子理论中提出的。在这样的真空中，空间和时间是不等价的，而且它们服从不同的标度律，称为各向异性标度。这种各向异性的缩放发生在双层石墨烯中的费米子上，如果忽略三角弯曲效应，则无质量的狄拉克费米子具有二次色散。这导致了各向异性的量子电动力学，其中电场和磁场服从不同的标度律。本文讨论了各向异性QED中的Heisenberg-Euler作用量和Schwinger对产生
2012-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el gr-qc
Dynamical creation of gap in the monolayer graphene
单层石墨烯中的零能隙电子带相对于由于电子-声子相互作用引起的动态对称性破坏是不稳定的。
2009-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Coulomb impurities in graphene driven by ultrashort electromagnetic pulses: Excitation, ionization, and pair creation
本研究针对带隙单层石墨烯中带电杂质形成的二维人工相对论性原子，建立超短电磁脉冲诱导电子跃迁的理论，借助非微扰骤扰近似推导并分析了激发、电离及电子-空穴对产生概率的解析表达式。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological creation and destruction of edge states in photonic graphene
我们从理论上和实验上证明了经典光在“光子石墨烯”中的拓扑转变：蜂窝几何形状排列的波导阵列。由于系统是单轴应变（压缩），两个独特的狄拉克点（存在于传统石墨烯的光谱中）合并并相互湮灭，形成带隙。结果，边缘状态在锯齿形边缘上被创建，并且在胡须边缘上被破坏。这些结果适用于任何2D蜂窝型结构，从碳基石墨烯到光子晶格和晶体。
2012-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bias Free Gap Creation in Bilayer Graphene
对于要在数字电子工业中使用的石墨烯，挑战是尽可能简单地产生1 eV量级的带隙。在石墨烯中产生间隙的最成功的方法是（a）将电子限制在纳米带中，这在技术上是困难的，或者（b）在双层石墨烯上放置电势差，对于合理大小的电场，其限于约300 meV的间隙。在这里，我们提出，电子带隙可以创建不施加外部电场，通过使用时形成的电子-声子相互作用的双层石墨烯夹在高度极化的离子材料。我们推导并求解了自洽方程，发现中间电子-声子耦合可以形成一个大的能隙。间隙起源于由于相邻平面中的碳原子的接近而导致的本征库仑相互作用的放大。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of particle-hole superposition states in graphene at multiphoton resonant excitation by laser radiation
研究了激光场作用下石墨烯带间跃迁的多光子共振激发建立电子-空穴相干叠加态的非线性动力学。在多光子共振近似下计算了这种量子化系统的单粒子含时密度矩阵。分析了在多光子激光激发下，石墨烯中费米-狄拉克海的拉比振荡与时间、动量和光子数的关系。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Nanopore creation in graphene at the nanoscale for water desalination
本文提出利用氩等离子磁控溅射在石墨烯中可控创建纳米孔，并设计了一种带纳米孔的双石墨烯电极水过滤装置，实现了最高渗透率、近100%盐截留率及力学性能提升，对开发海水淡化膜意义重大。
2023-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Driven quantum tunneling and pair creation with graphene Landau levels
石墨烯朗道能级之间的驱动隧穿在理论上与真空中产生电子对的过程有关，这是量子电动力学（QED）的一个预测。朗道能级是通过存在垂直于石墨烯单层的强的、恒定的量化磁场而产生的。在量子电动力学和石墨烯中低能激发的描述之间的形式类比之后，完全相互作用的狄拉克方程的解被用来计算由圆偏振场或线偏振场驱动的电子-空穴对的产生。这是通过耦合通道法，一个数值方案的解的时间依赖的狄拉克方程中存在的束缚态。首先考虑单色驱动场的情况，其次是脉冲激励的更现实的情况。我们表明，脉冲持续时间产生的最大对产量的实验控制参数。对产量的数量级给出了实验上可实现的磁场和激光强度弱到足以保持朗道能级结构。
2016-06-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Creation and control of valley currents in graphene by few cycle light pulses
本文提出利用少周期THz光脉冲在石墨烯中产生并控制100%谷极化电流，通过“全局”载波包络相位控制电流大小和方向，为meV带隙系统的“THz谷电子学”提供了新途径。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Condensed-matter analogs of the Sauter--Schwinger effect
索特-施温格效应预言了由于准恒定电场$E_{\mathrm{strong}}$的作用，真空中会产生电子-正电子对。通过添加$ω$高于某个阈值$ω_{\mathrm{crit}}$的较弱的时间Sauter脉冲$E_{\mathrm{weak}}/\cosh^{2}(ωt)$，可以指数地增强对产生产率，而不破坏该机制的隧道性质。在这种所谓的动态辅助Sauter-Schwinger效应的原始形式中，$ω_{\mathrm{crit}}$独立于$E_{\mathrm{weak}}\ll E_{\mathrm{strong}}$。通过1+1时空维Riccati方程的半经典解（围道积分），我们发现高斯形脉冲$E_{\mathrm{weak}}\exp[-(ωt)^{2}]$以类似的方式帮助隧穿，但$ω_{\mathrm{crit}}$依赖于$E_{\mathrm{weak}}$ .这种显着的敏感性的脉冲形状的出现，由于不同的极点结构的矢量电位为复杂的时间。我们还研究了动力学援助的振荡$E_{\mathrm{weak}}\cos(ωt)$作为对向传播的激光束的模型，并找到另一个依赖$ω_{\mathrm{crit}}(E_{\mathrm{weak}})$。施温格极限$E_{\mathrm{crit}}^{\mathrm{QED}}\approx 10^{18}\,\mathrm{V/m}$的巨…
2018-07-20 cond-mat.mes-hall hep-th
Nonequilibrium transport and statistics of Schwinger pair production in Weyl semimetals
研究了外尔半金属在直流电场突然开启后的非线性动力学行为。由此产生的电流是一个非单调的时间函数，与初始的快速增加的极化电流，随后的幂律衰减。当传导电流占据主导地位时，施温格粒子空穴的产生会在很长一段时间内占主导地位，总电流会再次增加。从德鲁德图像内的动力学计算的电导率估计同意从久保公式得到的。电子-空穴对的全分布函数从短扰动的泊松分布变为长扰动（朗道-齐纳）的高斯分布。高能物理的真空持续概率表现为在任何时候都没有对产生和没有感应电流的有限概率。
2015-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Creation of quasiparticles in graphene by a time-dependent electric field
研究了在空间均匀含时电场作用下，石墨烯真空态产生无质量准粒子对的过程。为此目的，（2+1）维量子电动力学的形式主义适用于一个非平稳背景的情况下，允许任意时间依赖的S-矩阵制定的问题。每单位石墨烯面积产生的对的数量通过具有满足$t\to-\infty$的一些初始条件的复频率的振荡器类型的二阶微分方程在$t\to\infty$处的渐近解来表示。所得结果适用于特定依赖于时间的电场，并给出了Dirac方程的精确解。根据电场的参数，在各种不同的制度下分析计算每单位面积产生的对的数量。作为我们的形式主义的一个特殊情况下，我们的形式主义的调查较早的情况下，静态电场。结果表明，在一个时间依赖的字段的创建率往往大于在一个静态的字段。
2013-06-08 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Analog Sauter-Schwinger effect in semiconductors for spacetime-dependent fields
索特-施温格效应预言了通过强电场诱导的隧道效应，在量子真空中产生电子-正电子对。不幸的是，由于所需的场强非常大，量子场论的这一基本预测尚未得到实验验证。在这里，我们研究在适当的半导体带间隧穿的条件和近似可以有效地由相同的（狄拉克）哈密顿量，特别是对于电场依赖于空间和时间。这种定量类比将使我们能够通过这些实验室类比来测试这一领域的一些预测（例如动态辅助的索特-施温格效应）。
2018-01-16 cond-mat.mes-hall hep-th
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
Toward the creation of terahertz graphene injection laser
我们研究了室温和稍低温度下石墨烯p-i-n结构中与电子和空穴注入相关的粒子数反转效应。假设电子和空穴的复合和能量弛豫主要与光学声子辅助的带间和带内过程有关。计算了电子-空穴和光学声子的有效温度随外加电压的变化关系、电流-电压特性以及随频率变化的动态电导率。特别是，我们表明，在低和中等电压的注入可以导致显着的冷却的电子空穴等离子体在设备的i-部分的温度低于晶格温度。然而，在较高的电压下，电压依赖性可能是模糊的，表现出S形。结果表明，频率依赖的动态电导率可以是负的太赫兹范围内的频率在一定值的施加电压。电子-空穴等离子体冷却显著增强了负动态电导效应，促进了太赫兹激光的实现。另一方面，光学声子系统的加热也是影响室温下实现负动态电导和太赫兹激光的关键。
2011-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical gap generation in graphene with frequency dependent renormalization effects
我们研究了石墨烯中$π$带电子的费米子格林函数重整化中的频率依赖性及其在足够强相互作用下对动态能隙产生的影响。采用有效的QED类描述的狄拉克锥区域内的低能激发，我们自洽地解决了费米子戴森Schwinger方程的光子传播子和顶点函数的各种近似，特别强调频率相关的Lindhard屏蔽和延迟效应。
2016-05-05 cond-mat.mes-hall hep-ph
Role of structure of C-terminated 4H-SiC(000) surface in growth of graphene layers - transmission electron microscopy and density functional theory studies
采用显微镜方法研究了在4 H-SiC衬底的SiC（000）面上合成的石墨烯层的主要结构缺陷。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）的结果揭示了它们的原子排列。这种缺陷的产生机制，直接关系到SiC衬底的底层晶体结构，阐明。揭示了4 H-SiC（000）表面形貌（包括单原子台阶、原子台阶序列和宏观台阶的存在）与相应的平面缺陷结构（碳层不连续和褶皱）之间的联系。它示出的多步岛的消失导致在石墨烯层中的皱纹的创建。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，在接近1600°C的高温下，Si和碳原子都有可能在Si封端的SiC表面扩散。在Si封端的表面处形成缓冲层有效地阻止了水平扩散，防止了厚石墨烯层在该面上的生长。在碳终止的SiC表面处，不存在缓冲层，从而为硅和碳原子两者的有效水平扩散留下空间。DFT结果表明，过量的碳原子将最顶层的碳层转化为sp2键结构，在无势垒过程中释放出Si原子。硅原子通过在弯曲层缺陷处产生的通道逃逸，而碳原子被并入生长的石墨烯层中。这些结果解释了厚石墨烯在现有石墨烯覆盖层下的生长以及在C端SiC（0001）表面的主要缺陷的产生
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Eigenfrequencies of the randomly pinned drum and conductivity of graphene
石墨烯是纳米机械应用的方便材料，因为高频振荡很容易获得。在这篇文章中，我们考虑石墨烯在粗糙的基板上附着在随机位置的缺陷。我们探讨了对石墨烯导电性影响最大的低阶声子模的统计特性。我们发现，最近邻间距的低本征频率的Wigner-Dyson概率分布平均后的随机配置的无序。由于电子与膜振荡的相互作用，电子可以转移到更高或更低的能量，这是声子辅助的Tien-Gordon效应的表现。Tien-Gordon效应抑制了石墨烯的导电性。在低费米能级和小尺寸的样品的制度下，观察到电导率的增加，我们指的是克莱因隧穿和电子-空穴对的产生。最终，当透射率的增加变得太显著时，对的产生改变了系统的基态，这表明本文中使用的单粒子狄拉克方程的适用性是有限的。
2012-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
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
All-electrical creation and control of giant spin-galvanic effect in 1T-MoTe2/graphene heterostructures at room temperature
通过电场设计新的物质状态并控制其电子和自旋电子学性质的能力是现代信息技术的核心，也是二维材料的范德华（vdW）异质结构的最新进展背后的驱动力。在这里，我们利用邻近诱导的Rashba-Edelstein（REE）效应在VDW异质结构的Weyl半金属候选MoTe 2和CVD石墨烯，在那里出现了前所未有的栅极控制开关的自旋电流效应，由于在室温下的有效的自旋-电荷转换。所测得的自旋电流信号的大小被发现是一个数量级大于其他系统，从而产生一个巨大的稀土元素。自旋电流信号的幅度和符号被示出为强烈调制的栅极电场附近的电荷中性点，这可以理解考虑的Rashba自旋轨道耦合诱导的自旋分裂的自旋织构的传导和价带的异质结构。这些发现打开了利用自旋电子存储器和逻辑技术中的自旋电流效应的门控开关的机会，以及在具有门可调功能的vdW异质结构中实现具有新颖自旋纹理的新物质状态的可能性。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Non-linear graphene optics for terahertz applications
简要介绍了石墨烯的线性电动力学性质--频率依赖电导率、透射光谱和集体激发。考虑自洽场效应和磁场的影响，研究了石墨烯的非线性倍频效应。预测的现象可用于创建微波和太赫兹光学和电子学的新器件。
2008-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Electron-Electron Interactions in Artificial Graphene
石墨烯类系统的创建和调制的最新进展正在引入“设计师狄拉克材料”的科学。在其最初的定义中，人造石墨烯是一种人造纳米结构，由二维电子气中排列在可调节蜂窝晶格中的相同势阱（量子点）组成。随着我们控制人造石墨烯样品质量的能力的提高，对其电子性质的精确理论的需求也在增长，包括电子-电子相互作用的影响。在这里，我们确定这些影响的能带结构和狄拉克点的出现。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Controlled ripple texturing of suspended graphene membrane due to coupling with ultracold atoms
我们讨论了将超冷原子与石墨烯膜相结合来创建混合量子系统的可能性。我们研究了一种设置，其中冷原子云被放置在靠近一个独立的石墨烯片在距离上的数量级为几百纳米。然后，原子通过Casimir-Polder力耦合到石墨烯膜。原子云的原子状态的时间变化改变了Casimir-Polder相互作用，从而导致在石墨烯片中产生反作用力。这种设置提供了一种可控的方式来设计石墨烯片中的波纹。
2013-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
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
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
