Graphene photodetectors with a bandwidth larger than 76 GHz fabricated in a 6 inch wafer process line
近年来，数据流量呈指数级增长，预测表明通信基础设施和服务提供商可以解决巨大的市场。然而，现有技术的加工能力、空间和能源消耗是开发这些市场的严重瓶颈。芯片集成光通信系统有望显著改善与当前技术相关的这些问题。目前，哪种材料最适合超快芯片集成通信系统的问题的答案仍然是开放的。在这篇手稿中，我们报告了带宽超过76 GHz的超快石墨烯光电探测器，非常适合每通道速度超过100 GBit/s的通信链路。我们提取的时间尺度，其中在石墨烯中产生的热辐射光响应的上限值为7.2 ps。光电探测器在半导体中试生产线中的6英寸绝缘体上硅晶片上制造，证明了高性能石墨烯基器件的可扩展制造。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Proposed ultra wide-band tunable THz RT lasers based on momentum space negative conductivity under electron streaming in hNB-graphene sandwiches
观察太赫兹损耗增益切换通过栅极上的偏置石墨烯三明治的传输解释下，在石墨烯中的电子流的响应。基于这一考虑，提出了太赫兹源，包括硅谐振器放置在三明治与电流在石墨烯中流动。它应该提供可调谐的偏置发射在宽太赫兹波段。该光源是直接模拟太赫兹的可调谐微波激光器演示。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall
High-speed waveguide-coupled graphene-on-graphene optical modulators
提出了一种基于双石墨烯层的电吸收光调制器概念。该器件由绝缘体上硅波导组成，两个石墨烯层位于其上，由薄绝缘区域隔开。下层石墨烯充当可调谐吸收体，而上层充当透明栅电极。基于实际石墨烯材料特性的计算表明，在近红外波段（λ=1.55 μm）和中红外波段（λ=3.5μ m），超过100 GHz（30 GHz）的3 dB带宽是可能的。还量化了背景掺杂和电势波动对带宽、调制深度和插入损耗的影响。
2012-02-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable lattice reconstruction and bandwidth of flat bands in magic-angle twisted bilayer graphene
层间范德华相互作用和层内晶格畸变之间的相互作用可以导致轻微扭曲的双层石墨烯（TBG）的结构重构，其中扭曲角小于特征角θc。实验证明θc非常接近魔角（θ ~ 1.05°）。在这项工作中，我们解决了重建和未重建的结构之间的过渡TBG跨魔角通过使用扫描隧道显微镜（STM）。我们的实验表明，这两种结构都是稳定的TBG在魔角附近。通过施加STM尖端脉冲，我们表明，这两种结构可以切换到彼此和平坦带的带宽，这起着至关重要的作用，在出现强关联态的魔角TBG，可以调谐。观察到的可调晶格重构和带宽的平坦带提供了一个额外的控制旋钮，以操纵附近的魔角的TBG的奇异的电子状态。
2020-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast collinear scattering and carrier multiplication in graphene
石墨烯正在成为传统光电、等离子体和纳米光子材料的可行替代品。光与载流子的相互作用产生了一个非平衡分布，它在超快时间尺度上弛豫到热的费米-狄拉克分布，随后通过声子发射冷却。在这里，我们结合泵浦-探测光谱，具有极高的时间分辨率和广泛的光谱覆盖范围，与基于量子玻尔兹曼方程的微观理论，研究电子-电子碰撞在石墨烯在非常早期的松弛阶段。我们确定了控制石墨烯中超快动力学的基本物理机制，特别是超快共线散射的重要作用，使俄歇过程，包括电荷倍增，改善光伏发电和光电探测器的关键。
2012-09-25 cond-mat.mes-hall
Reduced graphene oxide as ultra fast temperature sensor
我们证明了化学合成的还原氧化石墨烯（rGO）的优异的温度传感性能。研究发现，在80 ~ 375 K温度范围内，还原氧化石墨烯的电阻率随温度的升高而单调降低。通过在rGO传感器下保持和移除一块冰来展示超快速温度传感特性，其显示rGO的电阻在592毫秒内增加15%，并在8.92秒内恢复。将rGO的温度传感与标准铂热传感器（Pt 111）进行比较，发现rGO的灵敏度更好。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall
Ultra-low noise field-effect transistor from multilayer graphene
我们提出了低频电阻波动，或噪声，在石墨烯基场效应器件具有不同的层数。在单层器件中，噪声幅度随着载流子密度的增加而减小，这在具有两个或更多个层的器件中表现相反，在后一种情况下，噪声幅度抑制超过两个数量级。这种行为可以从外部电场对石墨烯能带结构的影响来解释，并提供了一种简单的基于传输的途径来将单层石墨烯器件与具有多层的石墨烯器件隔离。
2009-05-27 cond-mat.mes-hall
Particle Transport in Graphene Nanoribbon Driven by Ultrashort Pulses
我们研究了石墨烯锯齿形纳米结构中的电荷输运。利用含时Dirac方程的精确解，在每个周期内都有δ-kick势的作用，我们研究了准能级的时间演化和含时电导率.通过改变踢参数，电导率变得可广泛调节。
2014-10-03 cond-mat.mes-hall
Native defects in ultra-high vacuum grown graphene islands on Cu(111)
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了超高真空（UHV）乙烯在Cu（111）上分解生长的石墨烯岛中的本征缺陷。我们通过调查其表观高度，原子分辨率成像和详细的隧道光谱表征这些缺陷。仅在石墨烯区域中发生的明亮缺陷被识别为石墨烯晶格中的C位点点缺陷，并且最有可能是单个C空位。在石墨烯和Cu区域中都观察到暗缺陷类型，并且可能是Cu表面中的点缺陷。我们还提出了数据显示的重要性，偏置和尖端终止的STM图像中的缺陷的外观和实现原子分辨率的能力。最后，我们提出了隧道光谱测量探测点缺陷的石墨烯岛的局部电子景观的影响。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall
Resonant low-energy electron scattering on short-range impurities in graphene
在考虑谷简并的情况下，从理论上分析了低能电子在石墨烯中单个中性短程杂质上的共振散射.共振极大地增加了散射截面，并引入了强烈的能量依赖性。紧束缚模型的分析表明，共振散射是典型的一般杂质，只要他们是足够强的（潜在的电子带宽或更高的顺序）。
2008-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of Plasmon-Exciton Interaction of Ag Nanowire-Graphene Hybrids for Surface Catalytic Reactions
利用超快泵浦-探测瞬态吸收光谱技术，在可见-近红外波段对石墨烯-银纳米线杂化材料的飞秒等离子体激子相互作用进行了实验研究。银纳米线的等离子体激元寿命约为150飞秒（fs）。对于单层石墨烯，在275 fs处的快速动力学过程是由于石墨烯激子的激发，而在1.4皮秒（ps）处的缓慢过程是由于等离子体激元热电子与石墨烯声子的相互作用。对于石墨烯-Ag纳米线杂化材料，等离子体激元诱导的热电子向石墨烯的转移时间尺度为534 fs，金属等离子体激元增强的石墨烯等离子体激元在可见光区的时间尺度约为3.2 ps.石墨烯-银纳米线杂化物可用于等离子体激元驱动的化学反应。这种石墨烯介导的表面增强拉曼散射基底与单层石墨烯或单个Ag纳米线单独驱动的反应相比，显著增加了由石墨烯-Ag纳米线杂化共同驱动的表面催化反应的概率和效率。这意味着石墨烯-Ag纳米线杂化物不仅可以导致高密度热电子的显著积累，而且由于强的等离子激元-激子耦合，还可以显著增加等离子激元到电子的转换效率。
2016-08-06 cond-mat.mes-hall
Ultra-sharp lateral $p\text{-}n$ junctions in modulation-doped graphene
我们证明了超尖锐（${\lesssim}\,10\text{ nm}$）横向$p\text{-}n$结的石墨烯使用电子输运，扫描隧道显微镜，和第一性原理计算。$p\text{-}n$结位于石墨烯片的差分掺杂区域之间的边界处，其中一侧是本征的，而另一侧是通过靠近跨越薄绝缘阻挡层的$α$ $_3$薄片而被电荷掺杂的。我们提取$p\text{-}n$结对器件电阻的贡献，以在结宽度上设置边界。当本征区和掺杂区之间的边界由位于距石墨烯2 nm处的$α$ -RuCl $_3$的解理结晶边缘限定时，我们实现了超尖锐结。石墨烯、六方氮化硼和$α$ $_3$的异质结构中的扫描隧道光谱显示出在亚10 nm长度尺度上的潜在变化。第一性原理计算揭示了石墨烯的电荷掺杂在距离$α$ $_3$薄片边缘仅几纳米的范围内急剧衰减。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall
Silicon-CMOS Compatible In-Situ CCVD Grown Graphene Transistors with Ultra-High On/Off-Current Ratio
通过催化化学气相沉积（CCVD），在氧化硅衬底上直接实现原位生长单层石墨烯场效应晶体管（MoLGFET）和双层石墨烯晶体管（BiLGFET），而不需要转移石墨烯层。原位生长的MoLGFET表现出预期的狄拉克点以及典型的低开/关电流比。相比之下，BiLGFET具有单极p型器件特性，具有高达1 E7的极高开/关电流比。完整的制造过程是硅CMOS兼容。这将允许在混合硅CMOS环境中简单且低成本地集成用于纳米电子应用的石墨烯器件。
2011-11-28 cond-mat.mes-hall
Ultrafast photo-thermoelectric currents in graphene junctions in the mid-infrared
Walter Schottky Institute and Physics Department, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学瓦尔特·肖特基研究所和物理系）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM School of Natural Sciences, Department of Chemistry and Atomistic Modeling Center, Munich Data Science Institute, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学学院化学系与原子模拟中心、慕尼黑数据科学研究所）；Two-Dimensional Crystal Consortium, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学二维晶体联盟）；Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）；Department of Chemistry, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学化学系）；Department of Physics, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学物理系）；Department of Engineering Science and Mechanics, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学工程力学系）
研究石墨烯结在远红外波段的超快光电流特性，揭示了光热电效应主导行为及载流子弛豫时间随波长变化的机制。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall
Evanescent field optical readout of graphene mechanical motion at room temperature
石墨烯机械谐振器最近吸引了相当多的关注，用于精密力和质量传感应用。迄今为止，它们的振荡运动的读出通常需要低温条件来实现高灵敏度，这限制了它们的应用范围。在这里，我们报告的第一个演示的倏逝光读出的石墨烯运动，使用的方案，不需要低温条件下，并在室温下表现出增强的灵敏度和带宽。我们利用高$Q$微球来实现70 $μ$ m直径石墨烯鼓形谐振器的倏逝波读出，其信噪比大于25 dB，对应于$S_{N}^{1/2} = $ 2.6 $\times 10^{-13}$ m $\mathrm{Hz}^{-1/2}$的转导灵敏度。使用该谐振器的力测量的灵敏度受到驱动谐振器的热噪声的限制，对应于室温（T = 300 K）下具有35 kHz带宽的$F_{min} = 1.5 \times 10^{-16}$ N ${\mathrm{Hz}}^{-1/2}$的力灵敏度。在30 $μ$ m石墨烯鼓上的测量具有足够的灵敏度来分辨最低的三个热驱动机械共振。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall
Characterizing wave functions in graphene nanodevices: electronic transport through ultrashort graphene constrictions on a boron nitride substrate
我们提出了通过在六方氮化硼衬底上的短而窄（30x30 nm）的单层石墨烯收缩的电子输运测量。虽然库仑阻塞的一般观察与早期的工作是兼容的，但细节不是：我们表明，电荷局部化的区域可以显着大于收缩的区域，这表明负责库仑阻塞的局部状态泄漏到石墨烯块体中。然而，石墨烯在六方氮化硼上的高体迁移率似乎与看到库仑阻塞所需的短体局部化长度不一致。为了解释这些发现，电荷必须主要沿着器件的不完美边缘定位，并沿着收缩部外部的边缘延伸。为了更好地理解的机制，我们比较了实验结果与紧束缚模拟这样的收缩与无序的边缘。最后，我们根据这些新发现讨论了以前的实验。
2014-06-20 cond-mat.mes-hall
Ultra-sensitive Hall sensors based on graphene encapsulated in hexagonal boron nitride
石墨烯在六方氮化硼中的包封为衬底上的石墨烯提供了优异的材料质量。在这里，我们提出了基于石墨烯氮化硼异质结构的霍尔传感器元件的制造和表征，其中我们在室温下获得高迁移率和低电荷电荷密度。我们展示了详细的器件特性，包括真空和环境条件下的霍尔效应测量。我们实现了高达5700 V/AT和3 V/VT的电流和电压相关灵敏度，分别超过了最先进的硅和III/V霍尔传感器器件。最后，我们提取了一个由小于50 nT/pHz的低频电噪声限制的磁分辨率，使我们的石墨烯传感器在工业应用中非常有趣。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall
Ultra-low-voltage bilayer graphene tunnel FET
在这项工作中，我们提出了双层石墨烯隧道场效应晶体管（BG-TFET）作为一个适合与当今技术的制造和电路集成的设备。它在超低电源电压下提供高Ion/Ioff比，而不受石墨烯纳米带电路集成的禁止性光刻和图案化要求的限制。我们的调查是基于解决方案的耦合泊松和薛定谔方程在三维空间中，在非平衡格林（NEGF）形式主义的紧束缚哈密顿量。我们表明，仅几百meV的小可实现的间隙仍然足以用于有前途的TFET操作，即使对于仅0.1 V的电源电压，也提供超过10^3的大Ion/Ioff比。这种性能的关键是双层石墨烯的低量子电容，其允许在室温下获得小于20 mV/十倍的极小亚阈值摆幅S。
2009-06-06 cond-mat.mes-hall
Giant magnetoresistance in ultra-small Graphene based devices
通过计算跨越桥接两个金属石墨烯电极的有限之字形石墨烯带的自旋极化电子输运，我们证明，作为原理证明，具有100%磁阻的设备可以完全由碳制成。在基态，一个短的锯齿形带是一个反铁磁绝缘体，当连接两个金属电极时，它充当抑制电导的隧道势垒。磁场的应用使带状物变成铁磁性和导电性，从而显著增加电极之间的电流。我们预测在液氮温度和10特斯拉或在液氦温度和300高斯在这个系统中的大的磁阻。
2008-11-24 cond-mat.mes-hall
Pressure Induced Compression of Flatbands in Twisted Bilayer Graphene
我们研究了扭曲双层石墨烯中电荷中性附近的莫尔平带在连续范围的小旋转角高达$\sim2.5^{\circ}$的面外压力下的带宽压缩。发现平带带宽极小角随层间耦合系数ω线性增长，随费米速度减小。通过液压机施加可达到2.5 GPa的中等压力值，应允许获得与$\sim 1.5$ ^{ \circ } $ instead of $ \sim 1 \circ $ at zero pressure. This reduction of the moiré pattern length for larger twist angle implies an increase of the effective Coulomb interaction scale per moire cell by about 50% and enhance roughly by a factor of $ \sim 2$一样大的角度的平带，该弹性能量抵抗由于莫尔图案引起的扭曲应变。我们的研究结果表明，通过液压机在扭曲的双层石墨烯纳米器件上施加压力将显著促进探索魔角平带附近的有序相所需的器件制备工作。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall
Ultrafast pseudospin dynamics in graphene
石墨烯中的带间光学跃迁服从赝自旋选择规则。线性偏振光的脉冲激发在动量空间中产生各向异性的光生载流子占据，其在短于100 fs的时间尺度上演化。在这里，我们调查的演变的非平衡电荷朝向各向同性分布的能量密度相关的超快光谱，并开发一个分析模型，能够量化的各向同性化过程。与传统的半导体相比，各向同性是由光学声子发射，而不是电子-电子散射，这仍然有助于在前几个fs内形成各向异性光生载流子占据。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall
New Aspects of Photocurrent Generation at Graphene pn Junctions Revealed by Ultrafast Optical Measurements
石墨烯独特的电学和光学性质使其成为光电应用的一个有前途的候选者。一个重要但尚未探索的方面是光激发的热载流子在石墨烯界面处的电荷和能量传输中的作用。在这里，我们进行时间分辨（~250 fs）扫描光电流显微镜上的可调石墨烯PN结。超快泵浦-探测测量产生的光电流响应时间从室温下的~ 1.5ps增加到20 K下的~ 4ps。结合光电流幅度对环境温度的可忽略的依赖性，这意味着热载流子而不是声子在高频下主导能量传输。依赖于门的泵浦探测测量表明，热电和内置电场效应有助于激光脉冲激发的光电流。每个贡献的相对权重取决于结配置。单个激光束激发也显示作为载流子密度的函数的多个极性反转，这是碰撞电离的特征。我们的研究结果增强了对石墨烯中非平衡电子动力学、电子-电子相互作用和电子-声子相互作用的理解。他们还确定了潜在的基于石墨烯的光子检测，传感和通信的超快设备操作速度（~500 GHz）的基本限制。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Transport through ultra-narrow Zigzag Graphene Nanoribbons: non-equilibrium charge and bond currents
研究了超窄石墨烯纳米带（sub- $10nm$）中的电子非线性输运. { \it odd}锯齿型石墨烯纳米带（ZGNR）在正负极性下的I-V特性曲线均出现负微分电阻（NDR）稳定区。这种负折射率起源于一个由选择规则引起的输运能隙，该规则阻止了ZGNR的断开能带之间的电子跃迁。基于这一转变规律，电流的开/关比随着带长的增加呈指数增加，直到$10^5$。此外，电荷效应和键电流的空间分布也研究了通过使用非平衡格林函数形式主义的存在下，在平均场水平的电子-电子相互作用。另一方面，我们还进行了通过钝化的石墨烯纳米颗粒的传输的{ \it ab initio}密度泛函理论计算，以证明传输带隙对锯齿形边缘的氢终止的鲁棒性。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Tunable Ultrafast Thermal Relaxation in Graphene Measured by Continuous-Wave Photomixing
由于石墨烯的电子热容小、电子-声子耦合弱，石墨烯中的热电子效应非常显著，但石墨烯中热电子的动力学和冷却机制还不完全清楚。我们描述了一种新的光电流光谱方法，该方法使用石墨烯光热探测器中的连续波激光的混合来测量作为载流子浓度和温度的函数的石墨烯中的热电子冷却的频率依赖性和非线性。该方法提供了无与伦比的灵敏度的非线性，探测超快冷却的热载流子的光学通量，是数量级小于传统的时域方法，允许精确表征附近的电荷中性的电子-声子冷却。我们的测量结果表明，附近的电荷中性点的非线性功率依赖的电子冷却占主导地位的无序辅助碰撞，而在较高的载流子浓度的常规动量守恒冷却占主导地位的非线性依赖。这些竞争机制的相对贡献可以通过施加栅极电压进行静电调节-这是石墨烯特有的效果。
2016-11-23 cond-mat.mes-hall
Anisotropic ultrafast optical response of terahertz pumped graphene
我们测量了高掺杂石墨烯对单周期太赫兹脉冲的超快各向异性光学响应。太赫兹诱导的各向异性信号在800 nm处的时间分布具有重复泵浦太赫兹电场模量的最小值和最大值。它随着载流子密度的增加而生长，并表现出对电场强度的特定非线性依赖性。为了描述信号，我们已经开发了一个理论模型，该模型基于能量和动量平衡方程，并考虑到石墨烯和衬底的光学声子。根据该理论，各向异性响应是由泵浦电场引起的电子动量分布从零动量的位移结合带间光跃迁矩阵元的偏振依赖性引起的。
2019-05-22 cond-mat.mes-hall
Ultrafast unbalanced electron distributions in quasicrystalline 30° twisted bilayer graphene
扭曲的双层石墨烯层表现出各种奇异的量子现象1 -5。今天，扭转角Θ已经成为探索物质新状态的重要自由度，即二维超导性（Θ = 1.1°）6，7和二维准晶（Θ = 30°）8，9。本文报道了在准晶30°扭曲双层石墨烯（QCTBG）中光诱导狄拉克费米子超快动力学的实验观察。我们发现，热载流子是不对称分布在两个石墨烯层之间，其次是相反的飞秒弛豫，通过使用时间和角度分辨的光电子能谱。关键的机制涉及不同的层之间的载流子输运和从衬底界面的瞬态掺杂。Umklapp散射后，这是由准结晶度的无公度层间堆叠引起的超快动力学方案继续。原子层中的动力学开辟了新应用的可能性，并在范德华晶体的光电子学中建立了跨学科的联系。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
Ultra-Clean Freestanding Graphene by Platinum-Metal Catalysis
虽然独立的清洁石墨烯对于各种应用是必不可少的，但是在将石墨烯转移到期望的衬底之后用于去除聚合物层的现有技术仍然留下显著的污染物。我们发现了一种利用铂金属的催化性能制备超清洁独立石墨烯的方法。聚合物残留物的完全催化去除需要在175至350°C的温度下在空气中退火。低能电子全息研究证明，这种方法的结果在超干净的独立石墨烯。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman signal-enhancement and broadening with graphene-coated diamond-shape nano-antennas
我们使用宽带菱形天线，其带宽可以覆盖泵浦激光和散射模式之间的频率范围，结合均匀沉积的石墨烯测试膜。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Towards quantum-limited coherent detection of terahertz waves in charge-neutral graphene
Herschel空间天文台和平流层远红外天文台（SOFIA）在外差天文学方面取得的惊人进展主要归功于探测器技术的突破。为了充分利用未来太赫兹望远镜空间任务（如起源太空望远镜）的全部能力，需要太赫兹相干接收器的新概念，提供更大的带宽和成像能力与多像素焦平面外差阵列。在这里，我们表明，石墨烯，均匀掺杂到狄拉克点，使高灵敏度和宽带相干检测太赫兹信号。材料电阻由量子局域化主导，热弛豫由电子扩散控制，概念验证石墨烯测辐射热计的增益带宽为8 GHz，混频器噪声温度为475 K，受我们设置中残余热背景的限制。经过优化的器件将使混频器噪声温度低至36 K，增益带宽超过20 GHz，本振功率低于100 pW。结合新兴的中频量子限制放大器，我们的方法有望在太赫兹域中实现量子限制传感，有可能超越超导技术，特别是对于大型外差阵列。
2019-04-05 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall
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
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
Ballistic graphene array for ultra-high pressure sensing
针对石墨烯压阻效应限制压力灵敏度的问题，本研究通过薄膜理论证实微型化可提升性能，提出的弹道石墨烯传感器阵列可测10^9Pa超高压，单位面积灵敏度更高，可用于下一代NEMS压力传感器。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Disorder-assisted Robustness of Ultrafast Cooling in High Doped CVD-Graphene
狄拉克费米子是单层石墨烯中狄拉克锥附近的低能集体激发，近年来受到低能太赫兹探测的广泛关注。在未掺杂的石墨烯的情况下，人们普遍理解，超快太赫兹热弛豫主要是由电子-声子耦合（EOP）驱动的，其可以延长到数十和数百皮秒。然而，对于表现出负的光致太赫兹电导率的高掺杂石墨烯，在几皮秒的时间尺度上冷却过程的主导方面仍然没有共识。本文系统地研究了石墨烯太赫兹动力学冷却过程中无序辅助的缺陷散射与电子-声子耦合过程之间的竞争，并解开了这两个过程之间的纠缠。我们从实验上验证了超快无序辅助的晶格-声子相互作用，而不是电子-声子耦合过程，将在太赫兹动力学的超快热弛豫中起关键作用。此外，冷却过程具有鲁棒性，其与泵浦波长和外部温度无关。我们的发现有望在CVD-石墨烯中提出一个相当可能的冷却通道，并为石墨烯基光转换器件的设计增加热电子提取效率。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
On-chip ultrafast plasmonic graphene hot electron bolometric photodetector
我们研究了基于热载流子光测热效应的波导集成等离子体石墨烯光电探测器，其特征在于同时具有数百AW-1量级的高响应度和100 GHz量级的高速。我们发展了一个理论的热辐射效应起源于带的非抛物性的石墨烯和估计的响应度由于热辐射效应被证明显着超过响应度的共存的光电导效应，从而令人信服地证明了热辐射效应的主导地位。基于该理论，我们提出了一种新的检测器配置的基础上的混合波导，允许在短距离内的石墨烯的有效吸收，随后的电导率的大的变化。这些结果证明了石墨烯在高速通信系统中的潜力。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Large Scale Fabrication of Graphene Based Nano-electromechanical Contact Switches With Ultra-low Pull-in Voltage
纳米机电（NEM）接触开关已经被广泛研究以抑制传统互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管的局限性。NEM接触开关的属性包括降低的功耗、降低的关态漏电流、增加的通态电流和亚热开关。然而，不可接受的高吸合电压和低接触寿命对在节能CMOS应用中使用NEM接触开关提出了重大挑战。在这里，我们展示了一种基于石墨烯的静电致动NEM接触开关，具有超低的吸合电压和显著的接触寿命改善。这通过使用金电极上的石墨烯作为接触材料来实现。石墨烯NEM接触开关采用石墨烯作为接触材料，具有0.5 V的超低吸合电压和超过1.5x10^6次循环的高接触寿命。开关还表现出优异的开关性能，具有10^8的高开/关比，100 fA的极低关态电流和0.1 V的小滞后窗口。
2022-11-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Morphology and magneto-transport in exfoliated graphene on ultrathin crystalline \b{eta}-Si3N4(0001)/Si(111)
我们首次报道了石墨烯在\b{eta} -Si_3 N_4（0001）/Si（111）上的转移实验研究。我们的工作提供了一个全面的定量理解的物理学的Si 3 N4作为栅极电介质的石墨烯为基础的设备。在超高真空（UHV）条件下，在Si（111）衬底上生长了Si 3 N4薄膜，并用扫描隧道显微镜（STM）对其进行了研究。随后，通过基于聚合物的转移技术将石墨烯薄片沉积在其顶部上，并且由石墨烯薄片制造霍尔条器件。在器件制造之后，再次采用STM来研究在UHV条件下的石墨烯薄片，并且显示表面质量被保持。在低温下在磁场中进行的电输运测量揭示了石墨烯通道中载流子类型和密度的背栅调制，并显示了弱局部化的发生。在这些实验条件下，没有检测到背栅和石墨烯沟道之间的漏电流。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrahigh Bandwidth Spin Noise Spectroscopy: Detection of Large g-Factor Fluctuations in Highly n-Doped GaAs
我们采用一种巧妙的超快激光振荡器脉冲序列方案作为光学探针，将半导体中的全光自旋噪声光谱（SNS）提高到几百千兆赫兹的检测带宽。超快SNS技术避免了对光学泵浦的需要，并且使得能够对极短的自旋退相时间进行几乎无扰动的测量。我们采用的技术高度n掺杂体砷化镓磁场相关的测量显示出意想不到的大g因子波动。计算表明，这样大的g因子波动不一定是由于外部样品的变化，但本质上存在于每一个杂质半导体由于掺杂剂分布的随机性。
2012-06-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-strong Adhesion of Graphene Membranes
随着机械结构进入纳米级，范德华力的影响增加。石墨烯对于纳米机械系统是有吸引力的，因为它的杨氏模量和强度都是固有的高，但石墨烯的机械行为也受到范德华力的强烈影响。例如，该力将石墨烯样品夹持到衬底上，并且还将多层样品中的各个石墨烯片保持在一起。在这里，我们使用加压起泡测试来直接测量石墨烯片与氧化硅衬底的粘附能。我们发现单层石墨烯的粘附能为0.45 \pm 0.02 J/m2，含有2-5个石墨烯片的样品的粘附能为0.31 \pm 0.03 J/m2。这些值大于在典型的微机械结构中测量的粘附能，并且与固/液粘附能相当。我们将其归因于石墨烯的极端灵活性，这使得它能够符合即使是最光滑的衬底的形貌，从而使其与衬底的相互作用更像液体而不是固体。
2011-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bridging Hubbard Model Physics and Quantum Hall Physics in Trilayer Graphene/h-BN moiré superlattice
由ABC堆叠的三层石墨烯与六方氮化硼衬底（TG/h-BN）对准形成的莫尔超晶格提供了一个有趣的系统，其中带宽和拓扑结构都可以通过施加的垂直电场$D$来调谐。因此，TG/h-BN系统可以在一个样品内模拟哈伯德模型物理和近平坦的陈氏带物理。我们分别通过明确的Wannier轨道构造和库仑相互作用的映射推导出$D$（控制能带拓扑）的两个符号的晶格模型。当能带是拓扑平凡的，我们讨论了可能的候选人莫特绝缘体在整数数量的孔每个网站（标记为$ν_T$）。这些包括对称性破缺态和量子自旋液体绝缘体，它们在莫特跃迁附近可能特别有利。我们提出了可行的实验来仔细研究带宽调谐和掺杂调谐莫特金属-绝缘体转变在$ν_T=1$和$ν_T=2$。我们讨论了实验探测费米液体金属和量子自旋液体绝缘体之间的带宽（或掺杂）控制的连续莫特跃迁的有趣的可能性。最后，我们还表明，该系统有一个大的谷塞曼耦合到一个小的面外磁场，它可以用来控制谷自由度。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ultrahigh electron mobility in suspended graphene
通过悬浮单层石墨烯，我们在电子密度约为2*10^11 cm^-2时获得了超过200，000 cm ^2/Vs的迁移率。悬浮在Si/SiO_2栅电极上方约150 nm处，并通过电子束光刻和刻蚀的组合实现了与石墨烯的电接触。通过采用电流感应加热原位清洁试样，直接导致电输运的显着改善。伴随着大的迁移率增强，特征狄拉克峰的宽度减少了10倍相比，传统的，非悬浮设备。这一进展应该允许访问石墨烯的固有传输特性。
2008-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-compact injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in multi-graphene-layer structure
激光谐振腔的优化是设计高增益、低吸收损耗太赫兹半导体激光器的关键问题。在本文中，我们提出并优化了最近提出的太赫兹注入激光器基于隧道耦合石墨烯层之间的共振辐射跃迁的表面等离子体金属波导的几何形状。我们找到了对应于最大净模态增益的活性石墨烯层对的最佳数量。最大增益随频率的增加而增加，在8 THz处可以高达~ 500 cm-1，而激光谐振腔的阈值长度可以小至~ 50 mkm。我们的研究结果证实了在室温下工作的超紧凑电压可调石墨烯激光器的可能性。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Pseudo-magnetic field-induced ultra-slow carrier dynamics in periodically strained graphene
在应变石墨烯中产生伪磁场已经成为一种有希望的途径，可以观察到实验室超导磁体无法实现的有趣的物理现象。扫描隧道光谱实验已经成功地测量了赝朗道能级，并证明了各种应变石墨烯系统中赝磁场的存在。在高度变形的石墨烯中观察到的这些巨大的伪磁场可以基本上改变石墨烯的光学性质，超过外部磁场可以实现的水平，但是这种伪磁场的影响的实验特征尚未被揭示。在这里，使用时间分辨红外泵浦探测光谱，我们提供了明确的证据，超慢载流子动力学的伪磁场在周期性应变石墨烯。在石墨烯纳米柱中产生的~100 T的强赝磁场可以使热载流子的弛豫过程明显减速一个数量级以上。我们的发现为利用伪磁场实现的石墨烯新物理学提供了不可预见的机会，用于光电子学和凝聚态物理。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Raman spectroscopy of graphene under ultrafast laser excitation
石墨烯的平衡光学声子在非谐性和电子-声子相互作用方面得到了很好的表征，但是它们在热载流子存在下的非平衡性质仍然没有得到充分的探索。在这里，我们研究了石墨烯在3 ps脉冲的超快激光激发下的拉曼光谱，在脉冲激发和光谱分辨率之间进行权衡。我们将能量定位到热载流子中，产生在~1700- 3100 K范围内的非平衡温度，远远超过声子浴的温度，同时检测拉曼响应。G峰和2D峰的线宽随电子温度的增加而增加。我们解释这是由于狄拉克锥的加宽和电子-声子散射在高度激发的瞬态制度，重要的新兴领域的石墨烯为基础的光子学和光电子学。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene defect formation by extreme ultraviolet generated photoelectrons
我们研究了极紫外光（EUV）照射下光电子对石墨烯缺陷形成的影响。假设这些低能量电子的主要作用，我们已经模拟了使用低能量初级电子的过程。石墨烯被能量低于80 eV的电子束照射。在电子束照射后，发现拉曼光谱中出现D峰I（D），表明石墨烯中形成缺陷。I（D）/I（G）的演变遵循非晶化轨迹，随着辐照剂量的增加，表明石墨烯经历了从微晶到纳米晶，然后进一步到非晶碳的转变。此外，用增加的水分压照射石墨烯不会显著改变拉曼光谱，这表明，在极低的能量范围内，电子束诱导的残留水和石墨烯之间的化学反应不是驱动石墨烯中缺陷形成的主要机制。用EUV辐射照射部分悬浮在孔上的单层石墨烯。通过与电子束辐照的拉曼光谱结果的比较，得出了辐照过程中光电子，特别是来自价带的光电子对石墨烯中缺陷的形成有贡献的结论。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
Low-energy electron holographic imaging of gold nanorods supported by ultraclean graphene
电子显微镜的理想支撑物应尽可能薄，并尽可能少地与初级电子相互作用。由于石墨烯是原子级薄的，并且由排列在蜂窝晶格中的碳原子组成，因此在电子显微镜中使用石墨烯作为基底的潜力是巨大的。到目前为止，石墨烯几乎从未用于此目的，因为在感兴趣的物体沉积之前或之后，独立石墨烯的清洁度是不够的。我们在这里通过低能电子全息成像证明，用铂-金属催化方法制备的独立石墨烯即使在重新暴露于环境条件和从液相沉积金纳米棒之后仍然保持超净。在金颗粒的全息重建中，物体周围的有机壳被成像，而在同一样品的SEM图像中无法检测到，这表明低能电子全息术在石墨烯支撑的单生物分子成像中具有巨大的潜力。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Pairing in magic-angle twisted bilayer graphene: role of phonon and plasmon umklapp
确定魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）超导电性的微观机制是一个悬而未决的问题。虽然MATBG表现出丰富的相图，驱动部分由相对于电子带宽的强相互作用，其单粒子性质是独特的，可能在一些现象学的复杂性中发挥重要作用。一些显着的特点包括电子带宽小于特征声子带宽和一个非平凡的基础布洛赫波函数的结构。我们进行了理论研究的合作效应，由于声子和等离子体对配对，以解开这些模式对超导性所发挥的独特作用。我们考虑一个变种的MATBG与扩大数量的费米子口味，$N \gg 1$，配对不稳定性的研究减少到传统的（弱耦合）Eliashberg框架。特别是，我们表明，某些umklapp过程涉及微型光学声子模式，这是物理上出现的结果，由于叠栅超晶格结构的原始声学分支的石墨烯的折叠，有助于显着提高配对。我们还研究了屏蔽库仑相互作用对配对的动力学所起的作用，这导致了填充物在窄窗口中的增强，并研究了由于金属栅极对超导电性的外部屏蔽的影响。在强耦合下，动力学对相互作用在单粒子隧穿态密度中留下谱标记。因此，我们预测这样的功能将出现在特定频率的umklapp声子对应的声速的石墨烯倍的布里渊区大小的整数倍。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Fast and Highly Sensitive Ionic Polymer Gated WS$_2$-Graphene Photodetectors
石墨烯与异质结构光电探测器中的半导体材料的组合使得能够使用微米级电子器件放大检测飞秒瓦光信号。目前，这种检测器的速度受到长寿命电荷陷阱和不切实际的策略（例如，使用大的栅极电压脉冲）的限制，已经采用这些策略来实现适合于诸如视频帧速率成像的应用的带宽。在这里，我们报告了封装在离子聚合物中的原子薄石墨烯-WS $_2$异质结构光电探测器，它独特地能够在高达1.5 kHz的带宽下工作，同时保持与$10^6$一样大的内部增益。高度移动的离子和纳米级德拜长度的离子聚合物用于筛选电荷陷阱，并在与WS $_2$的界面处在前所未有的范围内调节石墨烯的费米能级。我们观察到一个响应度$R=10^6$ A W $^{-1}$和探测度$D^*=3.8\times10^{11}$ Jones，接近单光子计数器。高响应度和快速响应时间的组合使这些光电探测器适合视频帧速率成像应用。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
