Probing of valley polarization in graphene via optical second-harmonic generation
石墨烯中的谷极化打破了反转对称性，因此导致二次谐波产生。我们提出了一个完整的理论，这种效果在单粒子近似。它表明，这可能是一个敏感的工具，以测量谷极化创建，例如，通过偏振光，并且因此可以用于石墨烯中的超快谷电子学的开发。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High harmonic generation in undoped graphene: Interplay of inter- and intraband dynamics
我们发展了一种基于长度规范的密度矩阵方法来计算本征单层石墨烯在太赫兹频率下的非线性响应。采用紧束缚模型，我们发现，带间和带内动力学的相互作用导致强谐波产生在中等场振幅。特别是，我们发现，在低温下，未掺杂的悬浮石墨烯的反射场表现出的三次谐波振幅是32%的基本为100 V/cm的入射场。此外，我们发现，高达第七谐波和超越产生。
2014-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Third harmonic generation from graphene lying on different substrates: Optical-phonon resonances and interference effects
石墨烯是一种非线性材料，可用作饱和吸收体、混频器和倍频器。我们研究了三次谐波产生从石墨烯躺在不同的基板上，包括一个电介质（dispersionless或极性），金属化或非金属化的背面。我们表明，从石墨烯发出的第三谐波强度躺在基板上，可以增加数量级相比，孤立的石墨烯，由于在极性电介质中的LO-声子共振或由于在背面上金属化的基板中的干涉效应。在某些频率间隔中，极性电介质衬底的存在补偿石墨烯的三阶电导率的$ω$频率依赖性的强烈降低，使得响应几乎与频率无关。
2016-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second harmonic generation in multilayer graphene induced by direct electric current
研究了直流电流作用下多层石墨烯薄膜的光学二次谐波产生。石墨烯层通过化学气相沉积（CVD）技术制造并沉积在氧化的Si（001）衬底上。在没有直流电流的情况下，石墨烯层的SHG强度可以忽略不计，而随着电流的施加，SHG强度急剧增加。电流引起的二次谐波强度的变化与电流幅值成线性关系，当电流方向相反时，二次谐波强度的符号发生变化。所观察到的效果被解释在从Si表面反射的二次谐波辐射的干扰和多层石墨烯中的直流电流引起的。
2012-03-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Carrier heating and high-order harmonics generation in doped graphene by a strong ac electric field
理论上考虑了掺杂石墨烯中电子（空穴）对交流泵浦的非线性响应，其频率范围在能量弛豫率以上，但在动量和载流子-载流子散射率以下。强交流电场对电子的时间依赖性加热，这在能量平衡方法中描述，导致高次谐波的有效产生。在泵浦功率约为100 kW/cm ^2、室温和浓度约为5 x 10^{11} cm^{-2}的情况下，单层石墨烯将1 mm辐射上转换为三次谐波的效率约为10^{-7}。
2011-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-harmonic generation enhancement with graphene heterostructures
我们调查高次谐波产生的石墨烯异质结构组成的金属纳米带从石墨烯片分离的几个纳米层的氧化铝或原子单层的六方氮化硼。相对于外部施加的泵浦，纳米带放大了石墨烯层处的近场，从而使我们能够在中红外线中以适度的泵浦功率观察碳单层中的三次和五次谐波产生。我们研究了非线性信号对带宽度和间隔物厚度的依赖性，以及泵浦功率和偏振，并证明了相对于裸石墨烯的增强因子分别达到1600和4100的三次和五次谐波产生。我们的工作支持使用石墨烯异质结构来选择性地增强感兴趣的特定非线性过程，这是设计纳米级非线性器件的基本能力。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant enhancement of third-harmonic generation in graphene-metal heterostructures
非线性纳米光子学利用工程纳米结构将光汇集到小体积中，并通过光谱和空间控制加强非线性光学过程。由于其固有的大的和电可调的非线性光学响应，石墨烯是一个特别有前途的非线性光电应用的纳米材料。在这里，我们报告了石墨烯-绝缘体-金属异质结构中非常强的光学非线性，与裸石墨烯相比，三次谐波信号增强了三个数量级。此外，通过增加石墨烯的费米能量通过一个外部的栅极电压，我们发现，石墨烯等离子体介导的光学非线性和修改的三次谐波信号。我们的研究结果表明，石墨烯-绝缘体-金属是一种很有前途的异质结构的光控制和电调谐的纳米光电元件。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
The effects of microscopic scattering on terahertz third harmonic generation in monolayer graphene
由于其线性色散，单层石墨烯有望在太赫兹频率下产生三次谐波响应。这种效应有各种不同的模型，最近已经在实验中观察到了。然而，关于散射对石墨烯中谐波产生的作用仍然存在相当大的不确定性。在这项工作中，我们在太赫兹频率的掺杂单层石墨烯模型的三次谐波产生采用最近邻紧束缚模型的长度规范。我们在微观水平上考虑了光学声子和中性杂质的散射，研究了散射对三次谐波响应的影响。我们还比较了唯象半经典理论的结果，使用从模拟中提取的依赖于场的散射时间，并发现一个显着较低的三次谐波场比从微观模型中发现的。这表明三次谐波产生比线性响应对散射的性质更敏感。我们还比较了我们的完整模拟的结果，最近的实验结果，并找到定性的协议。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley polarization induced second harmonic generation in graphene
石墨烯中电子态的谷简并激发了人们对谷相关光学和输运现象的深入研究。虽然已经提出了许多关于如何操纵谷态的建议，但在石墨烯中进行谷极化的实验仍然是一个挑战。在这里，我们开发了一个理论的二次光学谐波产生的石墨烯，并表明，这种效果可以用来衡量的程度和符号的谷偏振。我们表明，在辐射的正常入射，二次谐波产生源于山谷中的载流子布居的不平衡。该效应具有特定的极化依赖性，反映了电子谷的三角对称性，并且当入射光子的能量接近费米能级时，该效应被共振增强。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photon-Assisted Process and High-Harmonic Dynamic Localization in Graphene Nanoribbons
我们使用了一个完整的紧密结合的能带结构的石墨烯纳米带，以获得，第一次，观察光子辅助传输的分析技术，并在石墨烯纳米带的电子的动态本地化。当带受到多频dc-ac场时，光子辅助复制品在相当强的驱动力下出现。光子峰值对交流振幅的强烈依赖性允许在这些振幅下的高谐波动态振荡。我们确定了正微分电导率的区域，其中纳米电子石墨烯器件可以作为小信号放大器操作。我们的研究还揭示了另一个量子力学现象，分数光子辅助输运，当斯塔克因子$r > 1$。
2012-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Third harmonic generation of undoped graphene in Hartree-Fock approximation
在运动方程框架下，在非屏蔽Hartree-Fock近似下，研究了库仑相互作用对未掺杂石墨烯三次谐波产生的影响.未微扰的电子态用一个广泛使用的双带紧束缚模型描述，库仑相互作用用Ohno势描述。通过考虑Hartree-Fock项对基态进行重正化，并通过数值求解运动方程得到光学电导率。三次谐波产生的电导率的绝对值取决于光子频率$Ω$，对于$\hbarΩ<1$为$Ω^{-n}$，然后在$3\hbarΩ$接近$M$点的重整化能量时显示峰值。考虑到库仑相互作用，$n$被发现是$5.5$，这是显着大于值的$4$忽略库仑相互作用。因此，库仑相互作用增强了低光子能量下的三次谐波产生-对于我们的参数$\hbarΩ<0.8$ ~eV -然后降低它，直到光子能量达到约$2.1$ ~eV。背景介电常数的影响也被考虑。
2019-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Second Harmonic Generation in Graphene
本文报道了石墨烯二次谐波的理论研究。基于对称性的论点进行唯象分析。结果表明，在理想的石墨烯样品中，只有考虑辐射波矢或其磁场，才有可能产生二次谐波。微观理论是发展为经典制度的辐射与电子的相互作用，光子能量远小于载流子的特征能量。结果表明，对于线偏振入射波，发射的辐射可以是强圆偏振的。
2011-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Harmonic generation of graphene quantum dots in Hartree-Fock approximation
本文在哈特里-福克近似下研究石墨烯量子点的谐波产生，结合紧束缚模型与密度矩阵方法推导半导体布洛赫方程，揭示激子效应显著增强光学响应，并证明谐波可通过几何构型高度调控，为非线性光学纳米器件提供候选方案。
2025-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot electrons modulation of third harmonic generation in graphene
超快（$\sim$ fs-ps）的光学和电子性质主要是由热电子决定的，它们被广泛应用于光电子学和光电探测等领域。我们在门控单层石墨烯上进行功率相关的三次谐波产生测量，并检测到三次谐波产生过程预期的三次幂律的显著偏差。我们把这归因于热电子的存在。我们的研究结果表明，基于石墨烯的非线性光子器件，如光调制器和频率转换器的性能，可以受到电子温度的变化，这可能是由于吸收的光功率或焦耳加热的增加而发生的。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant enhancement of the third harmonic in graphene integrated in a layered structure
石墨烯具有强非线性电动力学性质。特别地，通过由具有频率$ω$的电磁波照射，可以有效地产生更高频率的谐波。在这里，我们预测，在一个专门设计的结构“石墨烯-电介质-金属”的第三谐波（$3ω$）的强度可以增加超过两个数量级相比，一个孤立的石墨烯层。
2015-10-21 cond-mat.mes-hall
Terahertz-induced high-order harmonic generation and nonlinear charge transport in graphene
基于弛豫时间近似下的量子主方程，对石墨烯中太赫兹波诱导的高次谐波产生和非线性电输运进行了理论研究。为了获得微观洞察的现象，我们比较的结果与准静态近似下，电子系统近似为一个非平衡稳态的完全动力学计算。结果表明，石墨烯中的太赫兹诱导电子动力学可以用非平衡稳态精确地模拟。布居分布分析进一步阐明了石墨烯中的太赫兹诱导的HHG源于由于布里渊区中电子的大位移而导致的有效电导率的降低。通过比较目前的非平衡图像与热力学图像，我们探讨了电子动力学的非平衡性质的极端非线性光学和输运现象在石墨烯中的作用。
2022-08-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing phonon-driven symmetry alterations in graphene via high-harmonic spectroscopy
高次谐波光谱已成为探测固体中各种超快电子过程的重要组成部分。尽管它的巨大的重要性，高次谐波光谱的灵敏度声子动力学在固体中并不为人所知。这项工作解决了这个关键问题，并证明了高谐波光谱在探测固体中相互交织的声子-电子动力学的潜力。泵浦脉冲激发单层石墨烯中的面内光学声子模式，并且采用圆偏振脉冲来探测产生高阶谐波的激发声子动力学。我们发现，相干声子动力学改变了石墨烯与探测脉冲的动力学对称性，并导致了量子禁戒谐波的产生。此外，作为相干动力学的结果，产生与突出的谐波峰相关联的边带。研究发现，声子模的对称性和特征时间尺度决定了这些边带的偏振和位置。目前的工作开辟了一条途径，在时间分辨探测声子驱动的过程和动力学对称性的固体与子周期的时间分辨率。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Second Harmonic Generation in Gapped Graphene
计算了带隙石墨烯的二阶非线性光学极化率$Π^{(2)}$。在二次谐波产生（SHG）的背景下研究了线性和二阶非线性等离子体激元激发。我们报告了一个红移和一个数量级的增强的SHG共振与增长的差距，或者，减少电化学势。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall
High harmonic generation in triangular graphene quantum dots
利用动力学Hartree-Fock平均场论研究了强相干辐射引发平面石墨烯量子点中的高次谐波产生。发展了描述平面石墨烯量子点极端非线性光学响应的微观理论。数值求解了石墨烯量子点与强激光场多光子相互作用下单粒子密度矩阵的封闭微分方程组。所得解表明了三角形石墨烯量子点的边缘类型、横向尺寸、带隙和激光场强在高次谐波产生过程中的重要性。
2021-08-30 cond-mat.mes-hall
Impact of electron-electron Coulomb interaction on the high harmonic generation process in graphene
研究了在强相干辐射场作用下，考虑电子-电子库仑相互作用的单层石墨烯中高次谐波的产生。发展了描述石墨烯非线性光学响应的微观理论。电子的库仑相互作用在动力学Hartree-Fock近似下处理。数值求解了石墨烯量子结构单粒子密度矩阵的封闭积分微分方程组。所得解表明了多体库仑相互作用对石墨烯高次谐波产生过程的重要性。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall
Plasmon-assisted high-harmonic generation in graphene
凝聚态系统中的高次谐波产生（HHG）既是对量子电子运动的基本洞察的来源，也是实现紧凑的紫外和超快光源的有希望的候选者。在这里，我们认为，这种现象发生所需的大的光强度可以通过利用局部等离子体在导电纳米结构。特别是，我们证明了掺杂的石墨烯纳米结构结合了强等离子体近场增强和显著的固有非线性，从而在单一材料平台内产生有效的宽带HHG。我们提取这一结论从时域模拟使用两个互补的非微扰方法的基础上原子单电子密度矩阵和无质量狄拉克费米子布洛赫方程图片。高次谐波被预测将发射前所未有的大强度通过调谐入射光的本地化的等离子体激元带和有限的岛屿。与原子系统相反，我们观察到谐波阶没有截止。我们的研究结果支持了纳米结构石墨烯作为HHG的强大的，电可调的平台的强大潜力。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-Harmonic Spectroscopy of Coherent Lattice Dynamics in Graphene
固体的高次谐波光谱学是一种强有力的工具，它提供了对固体的电子结构和超快电子响应的访问，从它们的能带结构和态密度，到相变，包括拓扑边缘态的出现，到PetaHertz电子响应。然而，尽管取得了这些成功，高次谐波光谱几乎没有被应用到分析相干飞秒晶格振动的作用，在阿秒电子响应。在这里，我们研究了单层石墨烯中的相干声子激发，以展示如何使用高次谐波光谱来检测相干晶格动力学，特别是纵向和横向光学声子模式对电子响应的影响。面内声子模的相干激发导致在所发射的谐波辐射的光谱中出现边带。我们表明，光谱位置和边带发射的偏振提供了一个敏感的探头与激发声子模式的动力学对称性。我们的工作带来了高次谐波光谱学的关键优势-亚飞秒到几十飞秒的时间分辨率的组合-探测声子驱动的电子响应及其对固体动力学对称性的依赖性的问题。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
High-Harmonic Generation from Engineered Graphene for Polarization Tailoring
本文研究单轴应变下石墨烯高次谐波的偏振调控，发现低阶谐波偏振面旋转可表征应变，高阶谐波呈椭圆偏振，为应变工程调控偏振特性开辟新途径。
2024-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Layer Tunable Third-Harmonic Generation in Multilayer Black Phosphorus
黑磷由于其独特的能带结构（既依赖于层又各向异性）而成为人们日益关注的主题。虽然许多人已经研究了黑磷的线性光学响应，但非线性响应仍然相对未被探索。本文报道了用超快近红外激光在黑磷中观察到三次谐波，并首次在实验上测量了Chi（3）。结果发现，三次谐波发射是高度各向异性的，依赖于入射偏振，并强烈变化的层数存在由于信号耗尽和相位匹配条件。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High harmonic generation in Landau-quantized graphene subjected to a strong electromagnetic radiation
研究了朗道量子化石墨烯对强电磁波的非线性光学响应。特别地，我们考虑高次谐波产生过程。结果表明，当波电场对磁长的功大于泵浦光子能量时，可以实现高次谐波的高效产生。在这种情况下，高次谐波产生过程在宽范围的泵浦波频率和强度下发生，甚至由于石墨烯中的杂质而导致朗道能级的显著加宽。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall
Harmonic generation in bent graphene with artificially-enhanced spin-orbit coupling
我们从理论上研究了弯曲石墨烯的非线性响应，在存在人工增强的自旋-轨道耦合，这可以通过吸附原子沉积，或通过将弯曲石墨烯片与自旋-轨道有源衬底接触发生。我们讨论的自旋轨道耦合和弯曲产生的人工磁场之间的相互作用，Rashba和内在的自旋轨道耦合的情况下。对于后者，我们引入了一个自旋场相互作用的哈密顿直接解决电子自旋作为一个自由度。我们的研究结果表明，在这种情况下，通过控制自旋-轨道耦合的量，可以显着调整非线性信号的光谱，原则上实现光从THz到UV区域的有效转换。
2022-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Manipulation of graphene's dynamic ripples by local harmonic out-of-plane excitation
使用精心设计的分子动力学模拟，我们演示了通过施加局部面外正弦激励来调谐自支撑石墨烯中的动态波纹。根据边界条件和外部调制，我们显示控制的本地动态形态，包括平坦化和稳定的波纹图案。除了研究原子薄层对外部时变激励的动态响应外，我们的研究结果还为通过局部动态形态控制来调制其特性提供了有趣的可能性。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Theory of plasmonic effects in nonlinear optics: the case of graphene
我们发展了一个电子-电子相互作用修正的微观大$N$理论，用于描述二阶和三阶非线性响应函数的多足费曼图。我们的理论，这减少到众所周知的随机相位近似的线性响应极限，是完全通用的，是有用的，以了解所有的二阶和三阶非线性效应，包括谐波产生，波混频，和光子阻力。我们应用我们的理论框架的情况下，石墨烯，进行微观计算的相互作用的二维（2D）气体的无质量狄拉克费米子的二阶和三阶非线性响应函数。我们将我们的结果与最近的测量结果进行比较，其中石墨烯等离子体激元的全光发射已经凭借这种反转对称的2D材料的准均匀二阶非线性响应的有限性实现。
2016-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene valley polarization as a function of carrier-envelope phase in few-cycle laser pulses and its footprints in harmonic signals
本文通过数值求解广义半导体Bloch方程，研究了少周期激光脉冲下石墨烯谷极化对载波包络相位（CEP）的依赖，并证明二次谐波强度可作为标定CEP的稳健可观测量。
2023-04-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of the giant plasmon enhanced second harmonic generation in graphene and semiconductor two-dimensional electron systems
建立了二维电子系统在电场幅值下二阶非线性电磁响应的解析理论。二阶极化率和二次谐波信号的强度内的自洽场方法计算的半导体二维电子系统和石墨烯。在典型的实验参数下，石墨烯中的二次谐波产生比GaAs量子阱中强约两个数量级。在二维等离子体共振条件下，二次谐波辐射强度进一步增加了几个数量级。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable quantum pathways of high harmonic generation in graphene
在强激光场作用下，固体中的电子在亚激光周期时间尺度内通过布洛赫带中的量子路径辐射出高次谐波场。通过高次谐波辐射理解动量空间中的这些路径可以使全光学超快探测器能够观察相干光波驱动的过程并测量电子结构，如最近在半导体中所证明的那样。然而，这样的演示在很大程度上是有限的半金属，因为没有带隙阻碍了实验表征的确切途径。在本研究中，我们结合静电控制化学势和高次谐波测量，解析了强激光场作用下石墨烯中无质量狄拉克费米子的量子路径。高次谐波的电调制揭示了多光子带间激发通道之间的量子干涉。当光-物质相互作用偏离微扰区域时，椭圆偏振激光场通过带间和带内跃迁之间的复杂耦合有效地驱动无质量狄拉克费米子，理论计算证实了这一点。我们的研究结果铺平了道路强激光场层析成像狄拉克电子在各种量子半金属及其超快电子与门控。
2022-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
THz Second and Third Harmonic Generation in PdCoO$_2$ Thin Films
本研究在斜切衬底生长的PdCoO₂薄膜中观测到显著的太赫兹二次与三次谐波产生，结合玻尔兹曼输运理论建模分析其温度依赖特性，为太赫兹高次谐波的低温起源研究提供新平台与重要参考。
2024-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing graphene χ(2) using a gold photon sieve
在不同的偏振态下，测定了覆盖在金光子筛上的石墨烯的非线性二次谐波光学活性。光子筛由放置在玻璃上的亚波长金纳米孔阵列组成。它结合了有效的光捕获和表面等离子体传播的优点，以解开石墨烯二阶磁化率χ（2）的不同元素。这些元件有效地有助于二次谐波产生。事实上，石墨烯涂覆的光子筛产生的二次谐波强度比裸露的平坦金层高至少两个数量级，并且一个数量级来自光子筛的等离子体效应;剩余的增强来自石墨烯层本身。测量的二次谐波产生产率，辅以半解析计算，提供了一种约束石墨烯χ（2）元素的原始方法。获得的值是|d_{31} + d_{33}| < 8.1 x 10^3 pm^2/V，|d_{15}|对于780 nm处的二次谐波信号，< 1.4 x 10^6 pm^2/V。这种原始的方法可以应用于任何种类的二维材料覆盖这样的等离子体结构。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Theory of the Third-Harmonic Generation in Graphene
提出了石墨烯三次谐波产生的量子理论。导出了非线性电导率张量$σ^{(3)}_{αβγδ}(ω,ω,ω)$的解析公式。三次谐波的共振最大值被示出存在于低频$ω\ll E_F/\hbar$处，以及在频率$ω=2E_F/\hbar$附近，其中$E_F$是石墨烯中的费米能。在约1 MW/cm $^2$的CO $_2$激光器（$λ\approx 10$ $μ$ m）的输入功率下，三次谐波（$λ\approx 3.3$ $μ$ m）的输出功率预期为$\simeq 50$ W/cm $^2$。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall
Long-range correlation-induced effects at high-order harmonic generation on graphene quantum dots
本文研究强近红外激光场下石墨烯量子点的高次谐波产生，采用平均场方法发现长程关联引起截止谐波显著增强，且截止能量与场强幅度平方根成正比，并利用小波变换揭示了其时频精细结构与机制。
2023-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Inversion symmetry-broken tetralayer graphene probed by second harmonic generation
本研究通过二次谐波产生技术，实验证实ABCB堆叠四层石墨烯存在反演对称性破缺，可区分不同堆叠畴区并表征取向，为研究单质铁电等新奇物理提供了独特平台。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grating-graphene metamaterial as a platform for terahertz nonlinear photonics
非线性光学由于其与光学和光电技术的相关性和潜力，是科学和技术应用的一个日益重要的领域。目前，人们正在积极寻找具有有效转换和小材料足迹的合适的非线性材料系统。理想情况下，材料系统应该允许芯片集成和室温操作。二维材料在这方面非常有趣。特别有前途的是石墨烯，它在太赫兹范围内表现出非常大的非线性。然而，二维材料中的光-物质相互作用长度本质上是最小的，因此限制了整体非线性光学转换效率。在这里，我们克服了这一挑战，使用超材料平台，结合石墨烯与光子光栅结构提供场增强。我们测量太赫兹三次谐波产生在这种超材料，并获得一个有效的三阶非线性极化率的大小为3 $\cdot$ 10 $^{-8}$ m $^2$ /V $^2$，或21 esu，基频为0.7太赫兹。这种非线性比我们在没有光栅的情况下获得的石墨烯大50倍。这样的增强对应于具有由于光栅而大三个数量级的强度的三次谐波信号。此外，我们证明了场转换效率高达$\sim$ 1%的第三次谐波使用中等场强的$\sim$ 30 kV/cm。最后，我们表明，谐波超出第三次增强更强烈，使我们能够观察到高达9 $^{\rm th}$谐波的签名。因此，光栅-石墨烯超材料构成了商业上可行的、CMOS兼容的、室温的、芯片集成的THz非线性转换应用的杰出平台。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theory of third harmonic generation in graphene: a diagrammatic approach
提出了掺杂石墨烯三次谐波产生的有限温度微扰理论。我们进行计算的三阶电导率的标量势规范，突出了一个微妙的费米面的贡献，其中只包含幂律之间的取消，和幂律的贡献带间的性质。最终结果中只有少数人幸存下来。最后，我们提出了在零温度和有限温度下的上转换效率的定量结果。我们的研究结果揭示了正在进行的争议的THG对石墨烯中的载流子浓度的依赖。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall
Intense anomalous high harmonics in graphene quantum dots caused by disorder or vacancies
本文研究了无序或空位对石墨烯量子点光学响应的影响，发现无序或空位破坏反转对称性并引发时间反转对称性破缺，从而在无外磁场下产生强烈的反常高次谐波，并通过解除能级简并增强近截止谐波辐射。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
First-principles study of the terahertz third-order nonlinear response of metallic armchair graphene nanoribbons
利用含时微扰理论计算了金属扶手椅型石墨烯纳米带的太赫兹三阶非线性电导。在很宽的温度范围内观察到本征三阶电导的显着增强的结果为非本征的2D单层石墨烯。我们还研究了|E_F| <<200 meV的非本征金属acGNR的非线性响应。我们发现，三阶电导表现出很强的费米能级依赖在低温下。克尔电导作为温度的函数的三阶临界场强为1和5 kV/m之间的计算。对于三次谐波电导，计算出的最小临界场约为5 kV/m。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall
Second and third harmonics generation by coherent sub-THz radiation at induced Lifshitz transitions in gapped bilayer graphene
利用强相干电磁辐射与带隙双层石墨烯相互作用的微观非线性量子理论，研究了低能光子激发诱导的Lifshitz跃迁的高次谐波产生.在非绝热多光子激发状态下，数值求解了密度矩阵的Liouville-vonNeumann方程。通过数值求解，研究了两个线偏振相干电磁波反向传播诱导Lifshitz跃迁中粒子-空穴湮灭时二次和三次谐波的产生率.结果表明，带隙的双层石墨烯可以作为一种有效的介质，用于产生频率的亚太赫兹域中的偶次和奇次高次谐波。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall
Broadband, electrically tuneable, third harmonic generation in graphene
当高强度光（$>10^{10}$ W/m $^{2}$）与非线性材料相互作用时发生光学谐波产生。非线性光学响应的电气控制使门可调开关和频率转换器等应用成为可能。石墨烯显示出非常强的光物质相互作用和电和宽带可调的三阶非线性极化率。在这里，我们表明，在石墨烯的三次谐波产生效率可以调整超过两个数量级，通过控制费米能量和入射光子能量。这是由于多光子跃迁引起的非线性电导率虚部的对数共振。由于无质量狄拉克费米子的线性色散，可以实现超宽带电可调谐性，从而为用于光通信和信号处理的电可调谐宽带频率转换器铺平了道路。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Terahertz Harmonic Generation in Graphene
我们发现，载流子在石墨烯传输表现出尖锐的共振在空间和时间调制散射的存在下。共振发生时，所施加的a-c场的周期对应于准弹道载流子在空间散射周期上漂移所花费的时间，只要后者短于载流子发射光学声子所花费的距离。我们表明，这样的系统可以实现与交指型栅极通电的交流偏压的石墨烯层。栅极分离和实现弹道输运的场将导致太赫兹范围内的谐振，产生以大Q因子为特征的高次谐波，其可随栅极间距调谐。
2014-11-26 cond-mat.mes-hall
Shear-Strain Controlled High-Harmonic Generation in Graphene
我们提出了一种新的方法来控制高谐波产生（HHG）与高动态范围的单层石墨烯。我们发现，通过利用剪切应变，一个显着的增强或淬火的HHG是可能的范围内的几个数量级。这一特点是可能的共振机制在范霍夫奇点。其中，剪切应变控制的两个狄拉克锥的配置，导致在鞍点的能带色散的能量和偶极矩的变化。我们的发现提供了一种通过使用由单层石墨烯组成的纳米光学机械装置来调制或切换光的方法。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall
Third Harmonic THz Generation from Graphene in a Parallel-Plate Waveguide
石墨烯作为一种零带隙二维半导体，在狄拉克点附近具有线性电子带色散，具有非常有趣的非线性光学性质。特别地，由于晶体动量和电流密度之间的非线性关系，应该发生太赫兹辐射的三次谐波产生。在这项工作中，我们研究了平行板波导中石墨烯的太赫兹非线性响应。我们通过最大化非线性相互作用同时最小化损耗和相位失配来优化石墨烯的板分离和费米能量以最大化三次谐波产生。获得的结果表明，增加了超过100倍的功率效率相对于一个正常的入射配置为2太赫兹入射场。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High-order harmonic generation in gapped bilayer graphene
发展了相干电磁辐射与带隙双层石墨烯相互作用的微观非线性量子理论。在多光子激发状态下，数值求解了密度矩阵的Liouville-von Neumann方程。所发展的带电载流子与强驱动波场相互作用的理论在布里渊区的狄拉克点附近是有效的。我们考虑了非绝热相互作用区中的谐波产生过程，当Keldysh参数为1阶时。在数值解的基础上，我们研究了任意极化的强泵浦波场中粒子-空穴湮灭时奇次和偶次高次谐波的速率。实验结果表明，带隙的双层石墨烯可以作为一种有效的介质，在太赫兹和远红外频率域产生偶次和奇次高次谐波。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall
High-Harmonic Generation with a twist: all-optical characterization of magic-angle twisted bilayer graphene
该研究利用魔角扭转双层石墨烯的非线性光学响应，发现其能带结构会反映在高次谐波光谱中，并在接近魔角时谐波信号急剧下降，从而提出一种表征扭转角与电子性质的全光学光谱方法。
2023-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Graphene optical nonlinearity: From the third-order to the non-perturbative electrodynamic regime
发展了一种石墨烯光学非线性的非微扰模型，用于研究超快脉冲沿单层的传播，如含石墨烯的纳米光子集成波导的情况。这种石墨烯“热电子”模型（GHEM）建立在早期工作的基础上，基于二维半导体的费米-狄拉克框架，其主要目的是在自由空间激光束照射下单层的稳态吸收响应。我们的扩展适应的GHEM平面内光物质相互作用下沿石墨烯单层强烈的ps脉冲激发，导致载流子密度饱和制度。我们首先提供了一个定量概述的“经典”微扰三阶非线性响应，然后研究石墨烯的静态和瞬态响应作为GHEM参数的函数，重点是单层质量和电压可调性。这些结果进行了比较，饱和吸收和非线性折射的唯象模型，最近的实验工作显示出良好的一致性。总之，GHEM将实验观察到的吸收和折射光学非线性统一在一个单一的多参数框架中，因此能够评估衍射限制纳米光子波导等结构中的电压可调光-物质相互作用。这种形式主义可以很容易地采用太赫兹频率，适应多通道（例如泵浦探测）的非线性效应，或开发，包括载波和晶格温度扩散，以扩展其有效性阈值。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second harmonic generation in graphene dressed by a strong terahertz field
我们观察到增强的二次谐波产生在单层石墨烯中的存在下的超强太赫兹场脉冲的峰值振幅为250 kV/cm。这是一种强非微扰的光-物质相互作用机制，其中粒子在几飞秒的时间尺度内被加速到超过初始费米能量0.2 eV的能量。当电子漂移通过对应于光学频率下的带间跃迁共振的动量区域时，产生二次谐波电流。由此产生的强烈的不对称失真的载流子分布在动量空间中引起增强的电偶极子非线性响应在二次谐波。我们开发了一个近似的分析理论，这种效果准确地预测观察到的强度和偏振的二次谐波信号。
2018-12-26 cond-mat.mes-hall
Resonant high harmonic generation in a ballistic graphene transistor with an AC driven gate
我们报告了一个弹道石墨烯场效应晶体管的时间依赖性输运的理论研究。我们建立了一个基于Floquet理论的模型，描述了Dirac电子通过谐波驱动势垒的传输。光子辅助隧穿导致在势垒处的准束缚态的激发。在共振条件下，准束缚态的激发导致高阶边带的提升和源漏电导的高次谐波的增强。在主传输通道中的共振是Fano形式，而它们的Breit-Wigner形式的边带。我们讨论了在未来的弹道高频设备，特别是频率倍增器中利用共振的可能性。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall
Induced by coherent THz-radiation high harmonics generation in bilayer graphene at high Fermi energies
研究了高费米能级下AB型双层石墨烯与相干电磁辐射相互作用的非微扰机制中的高次谐波产生过程。在电子的高费米能区中施加的相干低频辐射场排除了增强高谐波速率的带间跃迁。本文发展的带电载流子与强抽运波相互作用的微观非线性量子理论在布里渊区的狄拉克点附近是有效的。在多光子激发机制下，密度矩阵的Liouville-vonNeumann方程被解析和数值求解。基于数值解，我们研究了任意偏振泵浦光的高次谐波的速率。所得结果表明，双层石墨烯可以作为一种有效的材料，用于产生从太赫兹到中红外频率域的高次谐波，在泵浦波中等强度。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
Quantum theory of the third-order nonlinear electrodynamic effects in graphene
石墨烯电子的线性能量色散导致该材料的强非线性电磁响应。我们发展了石墨烯$σ_{αβγδ}(ω_1,ω_2,ω_3)$的三阶非线性局域动态电导率的一般量子理论，该理论描述了石墨烯对均匀电磁辐射的非线性响应。导出的解析公式描述了大量不同的非线性现象，如三次谐波产生，四波混频，饱和吸收，直流电流激励的二次谐波产生等，其可用于不同的太赫兹和光电子器件。
2016-02-02 cond-mat.mes-hall
Third-order terahertz optical response of graphene in the presence of Rabi Oscillations
石墨烯由于其独特的能带结构而表现出非线性响应。在本文中，我们研究了太赫兹（THz）响应的金属扶手椅型石墨烯纳米带，特别是电流密度和拉比振荡超越半经典玻尔兹曼模型。我们进行了量子数学建模，首先找到一个解决方案，在偶极规范中的单个费米子的未微扰哈密顿量，然后施加极化，太赫兹电场。在根据狄拉克系统的四个本征态写出解之后，我们数值计算了由施加太赫兹电场产生的感应电流密度的$x$和$y$分量。由于在我们的光学响应的计算中包含拉比振荡，我们预测奇次和偶次谐波，以及在太赫兹制度的功率密度谱的连续振荡。最后，我们展示了功率谐波的快速衰减。
2021-07-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
