Field Effect Transistors for Terahertz Detection: Physics and First Imaging Applications
场效应晶体管中二维等离子体的共振频率随着沟道尺寸的减小而增大，在亚微米栅长下可以达到太赫兹范围。晶体管沟道中电子等离子体的非线性特性可用于太赫兹频率的检测和混频。在低温下，观察到与等离子体波共振相关的共振和门电压可调谐探测。在室温下，当等离子体振荡过阻尼时，FET可以作为高效的宽带THz探测器运行。我们提出的主要理论和实验结果太赫兹探测场效应晶体管的背景下，他们可能的应用太赫兹成像。
2009-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Resonant plasmonic terahertz detection in vertical graphene-base hot-electron transistors
我们分析了垂直石墨烯基热电子晶体管（GB-HHT）的动态特性，并考虑使用开发的器件模型作为太赫兹（THz）辐射的探测器。GB-HET模型考虑了从发射极的隧穿电子注入、穿过势垒层的电子传播以及部分捕获到GB中、GB中的电势和空穴密度的自洽振荡（等离子体振荡）、以及量子电容和电子渡越时间效应。使用所提出的器件模型，我们计算的响应度的GB-Hysteresis操作太赫兹探测器作为信号频率的函数，施加的偏置电压，和结构参数。等离子体激元效应的包含导致HET-GBT在显著超过由特征RC时间限制的频率下操作的可能性。据发现，具有足够完美的GB的GB-Hulf的响应度在与等离子体振荡的激发相关联的太赫兹频率范围内表现出尖锐的共振最大值。这些最大值的位置由所施加的偏置电压控制。GB-Hulf可以与其他等离子体太赫兹探测器竞争，甚至超过其他探测器。
2015-09-11 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
THz detection with epitaxial graphene field effect transistors on silicon carbide
我们报告了室温太赫兹探测的天线耦合场效应晶体管的装置，通过使用碳化硅衬底上生长的外延石墨烯制造。两个独立的检测机制被发现：等离子体波辅助检测和热电效应，这是归因于沿FET沟道的结的存在。等离子体激元和热电光电压对栅极偏压的计算函数依赖性的叠加定性地很好地再现了测得的光电压。此外，所测量的光电压的符号反转证明了与热电机制相比等离子体激元检测的更强贡献。虽然响应度的改善是必要的，这些结果表明，等离子体探测器制造的碳化硅上的外延石墨烯是宏观样品的快速大面积成像的潜在候选人。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Hot-electron resonant terahertz bolometric detection in the graphene/black-AsP field-effect transistors with a floating gate
本文提出一种基于石墨烯沟道和黑磷/黑砷势垒层浮栅结构的场效应晶体管太赫兹探测器，利用入射辐射加热二维电子气引发热电子发射改变栅势，在等离激元共振频率下实现高响应率测辐射热探测。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Crystals with Tunable Band Gaps in the Grating Gate Transistor Structures
本文提出电流驱动栅极门控晶体管中等离激元晶体的流体动力学模型，利用高电子密度非门控区提升品质因子，驱动电流打破对称性使模式光学活性并产生可调谐带隙，实现室温太赫兹应用。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall
Terahertz Laser Combs in Graphene Field-Effect Transistors
电注入太赫兹（THz）辐射源由于其多功能性和小型化潜力而极具吸引力，为集成电路THz技术打开了大门。在这项工作中，我们表明，相干太赫兹频率梳范围内$0.5~\mathrm{THz}<ω/2π<10~\mathrm{THz}$可以产生利用石墨烯等离子体。我们的设置由具有非对称边界条件的石墨烯场效应晶体管组成，其辐射源自可以通过直流注入控制的等离子体不稳定性。我们提出了一个结合的解析和数值分析的石墨烯等离子体流体动力学，显示的不稳定性可以实验控制的施加的栅极电压和注入电流。我们的计算表明，所发射的太赫兹梳表现出可观的时间相干性（$g^{(1)}(τ)>0.6$）和辐射发射率（$10^{7}\,\mathrm{Wm^{-2}}$）。这使得我们的方案成为石墨烯基太赫兹激光源的有吸引力的候选者。此外，不稳定性放大的机制是先进的基板的情况下，具有不同的介电常数，这允许克服最终的限制与实验实施。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph
Micromechanical field-effect transistor terahertz detectors with optical interferometric readout
本文研究微机械场效应晶体管（MMFET）对太赫兹信号的响应，利用微悬臂梁作为浮置栅极和干涉仪反射镜，结合机械与等离激元共振及光学放大实现有效太赫兹探测。
2023-06-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene field effect transistors as room-temperature Terahertz detectors
石墨烯独特的光电特性[1]使其成为各种光子应用的理想平台[2]，包括快速光电探测器[3]，透明电极[4]，光学调制器[5]和超快激光器[6]。由于其高载流子迁移率、无带隙光谱和与频率无关的吸收系数，它已被认为是用于开发在电磁波谱（波长在数百微米范围内）的太赫兹（THz）区域中操作的检测器和调制器的非常有前途的元件，这在固态器件方面仍然严重缺乏。在这里，我们展示了基于天线耦合石墨烯场效应晶体管（FET）的高效THz探测器。这些利用非线性FET响应于在栅电极处的振荡辐射场，具有热电和光电导起源的贡献。我们展示了在0.3 THz下的室温（RT）操作，噪声等效功率（NEP）水平< 30 nW/Hz^（1/2），表明我们的设备远远超出了概念验证阶段，并且已经可以在现实环境中使用，从而实现宏观样品的大面积快速成像。
2012-03-14 cond-mat.mes-hall
Effect of Coulomb carrier drag and terahertz plasma instability in p+-p-i-n-n+ graphene tunneling transistor structures
我们评估了由于带间隧穿而在耗尽i区产生的弹道电子和空穴对门控n区和p区中的电子和空穴的库仑拖曳对p+-p-i-n-n+石墨烯隧穿晶体管结构（GTTS）的电流-电压特性和阻抗的影响。拖曳导致在门控n-和p-区中的电流放大以及放大的拖曳电流和注入的隧穿电流之间的正反馈。足够强的阻力可以导致GTTS阻抗的负实部，从而使得等离子体不稳定性和等离子体振荡在太赫兹（THz）频率范围内的自激发成为可能。这种效应可能用于产生太赫兹辐射。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall
Singularity-enhanced terahertz detection in high-mobility field-effect transistors
基于高电子迁移率晶体管的高频辐射检测器受益于低噪声、室温操作以及使用栅极可调谐等离子体共振执行辐射光谱的可能性。尽管成功的概念验证演示，基于晶体管的太赫兹辐射探测器的响应度，目前，仍然相当差。为了解决这个问题，我们提出了一类支持奇异等离子体模式的器件，即在敏锐电极附近具有强电场的模式。大的等离子体激元增强的电场导致放大的非线性，并因此导致高效的AC到DC转换。我们分析了亚太赫兹探测器的基础上的二维电子系统（2DES）的Corbino几何作为一个原型和精确可解的模型，并表明响应率的尺度为$1/r_0^{2}$与半径的内接触$r_0$。这使得响应度超过10千伏/瓦，在亚太赫兹频率的纳米级接触很容易通过现代纳米纤维技术。
2020-05-10 cond-mat.mes-hall
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
Helicity sensitive terahertz radiation detection by dual-grating-gate high electron mobility transistors
报道了在双栅InAlAs/InGaAs/InAlAs/InP高电子迁移率晶体管（HEMT）中观测到太赫兹（THz）辐射激发的螺旋度敏感光电流。对于圆极化，在源极和漏极接触之间测量的电流随着辐射螺旋度的反转而改变其符号。对于椭圆极化辐射，总电流由具有不同权重的Stokes参数的叠加来描述。此外，通过施加到各个光栅的栅极电压的变化，光电流可以由定义辐射螺旋度的斯托克斯参数或用于线偏振的斯托克斯参数来定义。我们表明，人工非中心对称的微周期结构与太赫兹辐射激发的二维电子系统表现出直流光电流引起的空间周期性的平面内电位和空间调制光的联合作用。这一结果为DGG HEMT应用于辐射极化状态的全电探测提供了理论依据。
2015-07-06 cond-mat.mes-hall
THz-Driven Floquet Spin Valve-Modulator
Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, JINR（博戈柳博夫理论物理实验室，欧洲核子研究中心）；Dubna State University（杜布纳国立大学）
研究一维量子环中自旋相关量子输运，基于散射矩阵框架，利用太赫兹场实现高精度自旋通道切换，借助电子游标效应产生选择性自旋相位旋转器等，提供热免疫、高速替代传统半导体静态自旋晶体管的方案。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall
Performance Limits for Field Effect Transistors as Terahertz Detectors
我们提出了估计的太赫兹探测器的性能极限的基础上的场效应晶体管（FET）的宽带检测制度。最大的响应率预测短沟道FET在亚阈值制度。我们还计算了器件的转换效率Q，其定义为辐射感应直流电流耗散的功率与太赫兹耗散功率的比值。我们表明，Q有一个绝对最大值作为两个变量的函数：入射辐射的功率和频率。Q的最大值在10%的数量级
2013-02-28 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic terahertz detection in graphene split-gate field-effect transistors with lateral p-n junctions
我们评估了基于场效应晶体管（FET）的谐振太赫兹（THz）探测器，所述场效应晶体管（FET）具有分裂栅极、电诱导横向pn结、均匀石墨烯层（GL）或穿孔（在pn结耗尽区）石墨烯层（PGL）沟道。穿孔耗尽区形成纳米结构或纳米带的阵列，从而为空穴和电子创建势垒。GL-FET和PGL-FET检测器的操作与通过沟道的p和n部分中的束缚等离子体激元振荡的激发而增强的横向pn结两端的ac电流的整流相关联。使用开发的器件模型，我们发现GL-FET和PGL-FET探测器的特性。这些探测器可以在接近等离子体共振频率的THz辐射频率处表现出非常高的电压响应度。这些频率可以有效地进行电压调谐。我们表明，在PL-FET探测器的电流整流的主导机制是由于隧穿非线性，而在PGL-FET探测器的电流整流主要是与电子过程。由于PGL-FET检测器中的pn结电导低得多，它们的谐振响应可以比对应于相当高的检测器响应度的GL-FET检测器中显著得多。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall
Terahertz-Frequency Plasmonic-Crystal Instability in Field-Effect Transistors with Asymmetric Gate Arrays
本文提出在具有强非对称双光栅栅极的场效应晶体管中，利用直流偏置激发整个布里渊区内的Dyakonov-Shur不稳定性，从而实现室温下长程相干的太赫兹辐射，为太赫兹信号产生提供新途径。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Assessment of High-Frequency Performance Limits of Graphene Field-Effect Transistors
采用自洽量子模拟研究了沟道长度小于20 nm的石墨烯场效应晶体管（FET）的高频性能极限。结果表明，尽管Klein带-带隧穿对于亚100 nm石墨烯FET是显著的，但即使在20 nm的沟道长度下也可以实现大于3的良好的介电和弹道开关比。在20 nm的沟道长度下，对于各种栅极绝缘体厚度值，本征截止频率保持在几个THz，但是薄的栅极绝缘体对于在存在寄生电容的情况下良好的介电常数和较小的截止频率退化是必要的。本征截止频率接近由石墨烯动力学电感和量子电容设定的LC特征频率，约为100 GHz \cdot μm除以栅极长度。
2011-02-07 cond-mat.mes-hall
Feedback enhanced Dyakonov-Shur instability in Graphene-FET
本文提出在石墨烯场效应晶体管中引入正反馈回路和延迟效应以增强Dyakonov-Shur不稳定性，通过流体动力学模型和仿真证明其可显著提高电压增益、饱和振幅和自振荡增长率，为未来太赫兹振荡器设计提供新思路。
2023-04-18 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric graphene photodetectors with sub-nanosecond response times at Terahertz frequencies
超快和灵敏（噪声等效功率<1 nWHz-1/2）太赫兹（THz）频率范围内的光探测（0.1-10 THz）和室温下的THz是诸如气体、复杂分子和冷样品的时间分辨THz光谱、成像、计量、超高速数据通信、量子系统的相干控制、量子光学和捕捉快照的超快动力学，在材料和设备，在纳米级。在这里，我们报告了室温太赫兹纳米接收器，其利用天线耦合石墨烯场效应晶体管与光刻图案化的高带宽（~100 GHz）芯片集成，在3.4太赫兹下以高速（数百ps响应时间）和高灵敏度（噪声等效功率<120 pWHz-1/2）的组合工作。值得注意的是，这是通过各种天线和晶体管架构（单栅极，双栅极）实现的，其工作频率可以扩展到整个0.1-10 THz范围，从而为远红外超快石墨烯阵列的设计铺平了道路，为针对上述应用开辟了具体的前景。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
THz radiation induced circular Hall effect in graphene
我们报告的观察圆形横向太赫兹光电导在单层石墨烯提供的背栅。光电导响应是由自由载流子吸收引起的，并且在切换辐射螺旋度时反转其符号。所观察到的直流霍尔效应表明，在没有磁场的情况下，由圆偏振太赫兹辐射引起的时间反演对称性破缺。对于低栅电压，光信号被发现是成比例的辐射强度，并可以归因于电子动量的排列的太赫兹和静态电场的联合作用，以及由动态加热和冷却的电子气体。引人注目的是，在高栅极电压，我们观察到，在强度的线性霍尔光电导消失，在低强度的光响应成为超线性，并随辐射强度的平方而变化。我们将这种行为归因于辐射电场中二阶和四阶效应的相互作用，到目前为止，理论上还没有解决，需要进一步的研究。
2022-02-02 cond-mat.mes-hall
Vertical Graphene Base Transistor
我们提出了一种新的，基于石墨烯的设备概念，用于高频操作：热电子石墨烯基晶体管（GBT）。仿真结果表明，GBT具有较高的电流开/关比和电流增益。模拟和小信号模型表明，它可能允许太赫兹操作。基于能带的考虑，我们提出了一个特定的材料解决方案，是与SiGe工艺线兼容。
2012-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Optimal asymmetry of transistor-based terahertz detectors
基于场效应晶体管（FET）的太赫兹辐射探测器是成像系统和无线通信中低噪声无源信号整流的最有前途的候选者之一。然而，到目前为止，还没有意识到公共FET相对于源极-漏极互换的几何不对称性是光电压收集的强烈目标。在这里，我们打破了传统的计划，并揭示了最佳的非对称FET结构提供的太赫兹响应度的最大化。我们制作了一系列的石墨烯晶体管与可变的顶栅位置相对于中间沟道，并比较其sub-THz响应在很宽的载流子密度范围内。我们发现，响应度最大化的输入栅电极移向源极接触。理论模拟表明，对于大的沟道电阻，超过栅极阻抗，这样的配方响应度最大化是通用的，并保持电阻自混合和光电检测路径。在小通道电阻的限制情况下，热电和自混合电压在改变不对称性时反应不同，这可以用于解开新材料中非线性的起源。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Terahertz bolometric detectors based on graphene field-effect transistors with the composite h-BN/black-P/h-BN gate layers using plasmonic resonances
提出一种带 h-BN/b-P/h-BN 复合栅极和 b-P 热离子电流窗口的石墨烯 FET 室温太赫兹测辐射热探测器，利用高迁移率沟道激发等离激元共振并抑制 Peltier 冷却以提升响应度。
2023-06-03 cond-mat.mes-hall
Design and Analysis of High Frequency InN Tunnel Transistors
本文报道了一种基于InN的n型隧穿场效应晶体管的设计和分析。从量子力学隧穿和半经典载流子输运的基本原理来评估隧穿电流。我们调查的射频性能的设备。2 mS/um的高介电常数和约460 GHz的电流增益截止频率使该器件适合于THz应用。在相对较高的漏极偏置下，观察到栅极到漏极电容的显著减小。在这方面，雪崩击穿现象在高掺杂的InN结的定量分析的第一次，并进行了比较，Si和InAs。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase- and angle-sensitive terahertz hot-electron bolometric plasmonic detectors based on FETs with graphene channel and composite h-BN/black-P/h-BN gate layer
本文提出基于石墨烯沟道FET和黑磷或复合h-BN/黑磷/h-BN栅层的太赫兹测辐射热矢量探测器，利用源漏相位差调控等离子体共振，实现相位和角度敏感探测。
2023-10-15 cond-mat.mes-hall
Quantum-dot single-electron transistor as thermoelectric quantum detectors at terahertz frequencies
低维纳米系统具有高灵敏度和低噪声，是操纵、控制和捕获光子的理想材料。如果量子工程能够在所需的频率范围内定制局域电子的能量，它们可以允许在任何频域设计高效的量子传感器。在这里，我们利用丰富的少电子物理开发毫米波纳米探测器采用作为传感元件的InAs/InAs 0.3P 0.7量子点纳米线，嵌入在一个单电子晶体管。一旦用光照射，深度局域化的量子元件表现出由光电热效应驱动的额外电动势，其被利用来有效地感测0.6THz的辐射，噪声等效功率< 8 pWHz-1/2，并且暗电流几乎为零。这一结果为太赫兹频率下的量子密钥分发、量子通信和量子密码学提供了新的研究方向。
2021-09-10 cond-mat.mes-hall
Detection of incoherent broadband terahertz light using antenna-coupled high-electron-mobility field-effect transistors
基于太赫兹电磁波在场效应晶体管中自混合的直接太赫兹探测器的灵敏度正在提高，其噪声等效功率接近肖特基势垒二极管探测器的噪声等效功率。在这里，我们报告这样的探测器基于AlGaN/GAN二维电子气在77~K能够感测宽带和非相干太赫兹辐射。测量的光电流作为门电压的函数与自混合模型吻合得很好，光谱响应主要由天线决定。傅里叶变换光谱仪配备有为340、650和900 GHz频带设计的探测器，允许在0.1至2.0 THz的频率范围内进行太赫兹光谱学。该探测器在77 K时的光学灵敏度约为$1~\mathrm{pW/\sqrt{Hz}}$，与4.2 K时的商用硅测辐射热计相当。通过进一步提高灵敏度，室温探测器将在主动/被动太赫兹成像和太赫兹光谱学中找到应用。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall
Resonant plasmonic detection of terahertz radiation in field-effect transistors with the graphene channel and the black-As$_x$P$_{1-x}$ gate layer
提出基于石墨烯沟道和黑砷磷门层的场效应晶体管太赫兹探测器，利用等离激元共振增强载流子加热，实现室温下响应度超10^3 A/W、调制频率达数GHz。
2023-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antenna enhanced graphene THz emitter and detector
最近对石墨烯的密集的电学和光学研究将该材料推向了光电研究的前沿。特别令人感兴趣的是几个太赫兹（THz）频率范围，其中高效光源和高灵敏度探测器的制造非常具有挑战性。在这里，我们提出了太赫兹源和探测器与石墨烯场效应晶体管（GFET）增强的双贴片天线和片上硅透镜。我们报告了石墨烯1-3 THz辐射的首次实验观察，以及在~2 THz工作的GFET热电探测器中四个数量级的性能改进。发射功率的定量分析及其不寻常的电荷密度依赖性表明显着的非热贡献的GFET。具有不同照明几何形状的偏振分辨检测测量允许对有助于整体检测器性能的各种因素进行详细和定量分析。我们的实验结果代表了实际有用的石墨烯太赫兹器件的重大进展。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon resonance in a sub-THz graphene-based detector: theory and experiment
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
研究亚太赫兹辐射下双层石墨烯晶体管中光电压的产生机制，揭示了热电效应和二维等离子体共振的实验与理论分析。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic Spin Wave Field-Effect Transistor
在具有易轴各向异性的共线反铁磁体中，对称性决定了自旋波模必须是双简并的。这两种模式的区别在于它们的相反极化，并且只有在反铁磁体中才有，这为编码和处理信息提供了一种新的自由度。我们证明了自旋波极化可以通过电场诱导的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和磁各向异性来操纵。我们提出了一个原型的自旋波场效应晶体管，实现了一个栅极可调磁振子模拟的法拉第效应，并展示了其在太赫兹信号调制的应用。我们的研究结果开辟了令人兴奋的可能性，利用反铁磁自旋波的数字数据处理，使直接投影到介观尺度上的光学计算概念。
2016-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Radio frequency performance projection and stability trade-off of h-BN encapsulated graphene field-effect transistors
六方氮化硼（h-BN）封装显著改善了石墨烯中的载流子传输。这项工作研究了在石墨烯场效应晶体管（GFET）的射频（RF）性能方面实施封装技术的好处。为此，我们设计了一个漂移扩散自洽模拟器来模拟GFET的电学特性。迁移率和饱和速度的信息是通过考虑相关的散射机制，影响载流子输运的系综蒙特卡罗模拟器。射频品质因数是使用一个精确的小信号模型，包括非互易电容模拟。结果表明，截止频率可以按比例上升到由渡越时间的倒数给出的物理极限。预计在几个THz的量级上的预计最大振荡频率将超过由基于InP和Si的RF晶体管所展示的值。现有的权衡之间的功率增益和稳定性和栅极电阻所发挥的作用进行了研究。高功率增益和稳定性是可行的，即使该设备是远离电流饱和操作。最后，讨论了器件单边化的好处和利用负微分电阻区获得负阻增益的方法。
2019-03-27 cond-mat.mes-hall
Fractal field-effect transistors: Enhanced photodetection and fractal dependent resonances
我们研究了在Dyakonov和Shur非对称边界条件下具有分形几何形状的栅场效应晶体管（FET），其中源极和漏极分别跨越器件的左边缘和右边缘。在源极和栅极之间施加AC THz电势差，同时测量由FET电子的非线性整流的静态源极-漏极电压。我们发现，对于递归深度n，沿漏极在$ω_n = 3nω_0$处积分的电势中的谐振峰被放大，而所有其他峰被减小。此外，我们发现存在的峰值的频率依赖于Sierpinski地毯和类似的替代分形的分形维数。然后，我们展示了采用替代分形作为一个优越的几何形状的光电探测器相比，谢尔宾斯基地毯的优势。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of nonlinear cyclotron resonance in quasi-two-dimensional electron systems
在垂直于二维平面的强磁场作用下，建立了二维半导体在直流电场和太赫兹（THz）频率的强交流电场影响下的稳态电子输运和光吸收的动量和能量平衡方程.应用这些方程研究了Faraday几何中GaAs异质结构的远红外透射和太赫兹辐射诱导光电导中的强度相关回旋共振（CR）。我们发现，当太赫兹场强度在某一临界值以上或以下增加时，透射率的CR峰和线形呈现出不同的强度依赖性。但是，光电阻率的CR总是随着太赫兹场强度的增加而增强。这些结果与实验观察定性一致。我们已经阐明，在光电导CR不仅是电子加热的结果，但也来自于光子辅助散射增强，特别是在高温下。强太赫兹场对磁偏置二维半导体的法拉第角和椭圆率的影响也已被证明。
2003-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant plasmonic terahertz detection in gated graphene p-i-n field-effect structures enabled by the Zener-Klein tunneling nonlinearity
提出并分析了基于栅控石墨烯p-i-n（GPIN）场效应晶体管（FET）结构的太赫兹（THz）探测器。栅极之间的反向偏置i区起到电子和空穴注入器的作用，由于Zener-Klein隧穿而表现出非线性$I-V$特性。该区域能够实现THz信号整流，这提供了它们的检测。门控区作为电子和空穴库和太赫兹共振等离子体腔。电子和空穴等离子体激元振荡的共振激发导致在接近等离子体频率及其谐波的信号频率处THz检测器响应度的大幅增加。由于与渡越时间效应相关联的i区AC电导频率依赖性的特性，对应于较高等离子体激元模式的激发的频率处的GPIN-FET响应可以比基模更强。GPIN-FET在室温下可以表现出相当高的响应度。降低后者可以导致其进一步增强由于削弱的载流子动量弛豫。
2022-09-11 cond-mat.mes-hall
Magneto-resistance oscillations induced by high-intensity terahertz radiation
我们报告观察到明显的太赫兹辐射引起的磁阻振荡AlGaAs/GaAs二维电子系统，太赫兹模拟的微波感应电阻率振荡（MIRO）。应用脉冲分子激光的高功率辐射，我们证明了MIRO，迄今为止只在低功率下观察到，即使在非常高的强度下也不会被破坏。辐射强度从$0.1$ W/cm $^2$到$10^4$ W/cm $^2$的范围超过五个数量级的实验揭示了MIRO振幅的高功率饱和，这可以通过经验拟合函数$I/(1 + I/I_s)^β$与$β\sim 1$很好地描述。饱和强度Is为几十W/cm $^2$的数量级，并且通过将辐射频率从$0.6$增加到$1.1$ THz而增加六倍。的微观机制MIRO的结果进行了讨论，并在显着较低的激发频率观察到的非线性效应相比。
2017-06-22 cond-mat.mes-hall
Ultrafast voltage-tunable detectors for Terahertz radiation operating above 100K
蛋白质的集体振动、小分子的旋转、高温超导体的激发以及半导体纳米结构中的电子跃迁都以1至10 THz之间的特征频率发生。在医疗、通信、安全和其他领域的应用正在出现。然而，绘制宇宙中最冷的部分一直是开发THz探测器的最大驱动力。其结果是一系列要求低于4K温度的高灵敏度探测器。对于地球上的太赫兹科学和技术，灵敏度仍然很重要，但许多应用需要高速度和工作温度。室温肖特基二极管使其中一些应用成为可能。在这里，我们展示了一种新型的探测器，其中太赫兹辐射激发了微观四端晶体管中两个栅极之间的~ 25，000个电子的集体振荡。能量耗散到电子气的其他模式中，使其升温并改变源极-漏极电阻。该探测器显示出接近1 ns的受限上升时间，并在高达120 K的温度下探测到太赫兹激光辐射。集体振荡的频率与小的栅极电压调谐。第一代可调谐天线耦合子带间太赫兹（TACIT）探测器在1.5和2 THz之间调谐，电压<2 V。
2014-10-19 cond-mat.mes-hall
Effect of electron thermal conductivity on resonant plasmonic detection in the metal/black-AsP/graphene FET terahertz hot-electron bolometers
研究太赫兹辐射下石墨烯沟道场效应晶体管中二维电子气加热，发现横向热导率显著影响谐振等离激元探测响应度，需在优化探测器时考虑。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall
Fano interference effect on the transition spectrum of single electron transistors
从理论上研究了由单个自组装量子点构成的单电子晶体管的带内跃迁谱。利用非平衡格林函数技术和三能级的Anderson模型计算了单电子晶体的极化。由于两个激发态之间通过电极的连续介质发生无辐射耦合，Fano干涉效应对红外波长单光子谱的峰位和强度有显著影响。
2005-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz-field induced tunneling current with non-linear effects in a double quantum well coupled to a continuum
理论上研究了太赫兹（THz）场作用于非对称双量子阱时产生的隧穿电流。激发将初始局域态耦合到附近的连续扩展态。我们已经表明，计算出的电流具有类似的功能，目前在光谱中，如由于连续和局域态之间的相互作用的干涉效应，除了多光子跃迁效应。感应电流计算为太赫兹场强度的函数。第二个太赫兹场用于产生非线性过程，用于控制干涉效应。我们相信，这里研究的问题的一部分，可以是有用的集成的新的开关机制的基础上光学（太赫兹）和电子电流。
2009-10-22 cond-mat.mes-hall
First-principles modeling of electrostatics and transport in 2D topological transistors
Incheon National University（仁川国立大学）
本文基于DFT发展了二维拓扑绝缘体场效应晶体管的电静力学与输运建模框架，探讨了关键电场及边缘色散研究方法。
2026-03-14 cond-mat.mes-hall
In-situ Raman Spectroscopy of the Graphene / Water Interface of a Solution-Gated Field Effect Transistor: Electron-Phonon Coupling and Spectroelectrochemistry
我们提出了一种新的测量方法，该方法结合了基于4 H-SiC（0001）上外延双层石墨烯的溶液门控场效应晶体管的电学特性与同步拉曼光谱。通过改变栅压，我们观察到了与共振电子-声子耦合有关的拉曼信号。对这些拉曼谱带的分析使得能够提取系统的几何电容和精确计算双层石墨烯的费米能级。有意应用更高的栅极电压使我们能够触发电化学反应，我们通过拉曼光谱原位跟踪。反应表现出部分可逆的字符，如指定的C-H和Si-H振动模式的峰的出现/消失，以及增加/减少的缺陷相关的拉曼D带强度所示。我们的设置提供了一个非常有趣的平台，为未来的光谱电化学研究电诱导吸附过程的石墨烯在微米尺度上。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall
THz driven quantum wells: Coulomb interactions and Stark shifts in the ultrastrong coupling regime
我们研究了半导体量子阱在超强耦合下的近红外带间吸收，其中拉比频率是强驱动跃迁频率的一个重要部分。随着驱动频率调谐到刚好低于价带之间的最低频率跃迁，观察到一个特别有趣的现象。随着太赫兹功率的增加，在未驱动激子峰的频率之上出现新的峰，其增长并最终成为两者中较大的一个。在旋波近似下，这种相对峰强度的反转与三态系统中的Autler-Townes效应不一致。在所研究的样品中，Bloch-Siegert位移（与放弃RWA相关），激子结合能，Rabi能量和非共振AC Stark效应都具有相当的量级。一个半导体布洛赫模型与一个导电和多个价电子带的解决方案表明，AC斯塔克效应是主要负责观察到的现象。
2011-04-28 cond-mat.mes-hall
Sub-cycle measurement of intensity correlations in the Terahertz range
太赫兹频率范围具有有趣的机会，超出了光谱学和物质控制的非常先进的应用。奇异的量子现象被预测为通过非平凡机制导致光发射。通常，这种发射机制是通过光子到达时间的时间相关测量来解开的，正如Hanbury Brown和Twiss的开创性工作所证明的那样。到目前为止，太赫兹范围错过了这种技术具有非常好的时间特性和高灵敏度的实验实现。在本文中，我们提出了一种基于电光采样的太赫兹光子相关测量方案。146 fs的时间分辨率比一个振荡周期更快，灵敏度到目前为止仅限于~1500个光子。利用这种技术，我们测量了太赫兹量子级联激光器的光子统计。所提出的测量方案允许，在原则上，测量带宽的光子和铺平了道路，太赫兹量子光学。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
TCAD model for TeraFET detectors operating in a large dynamic range
我们提出了AlGaAs/InGaAs和AlGaN/GAN和硅TeraFET，等离子体场效应晶体管（FET）的技术计算机辅助设计（TCAD）模型，用于在宽动态范围内验证的太赫兹（THz）检测。模拟结果与AlGaAs/InGaAs异质结FET（HFET）的实验数据吻合良好，并在动态范围的低端，与TeraFET探测器的分析理论。该模型结合了在实验中观察到的太赫兹辐射的高强度的响应饱和效应，并揭示了与不同的机制，为不同的材料系统的响应饱和的物理。这些机制包括栅漏、速度饱和和雪崩效应。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Theory of the in-plane photoelectric effect in quasi-one-dimensional electron systems
本研究针对准一维电子系统提出面内光电效应理论，推导太赫兹光响应与频率、栅压等的关系，发现横向量子化会引发光电流的栅压振荡特性，该理论适用于多种含二维电子气的半导体系统。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plasmons in ballistic nanostructures with stubs: transmission line approach
弹道式场效应晶体管（FET）中的等离子体波不稳定性为开发灵敏的THz探测器和高效的THz源提供了希望。实现高效共振等离子体激元检测和产生的困难之一是确保接触处和异质界面处的适当边界条件以及调谐等离子体速度。我们建议使用的可调窄通道区域的宽度增加，我们称之为“存根”优化边界条件和控制等离子体速度。我们开发了一个紧凑的模型太赫兹等离子体激元器件使用传输线（TL）的类比。这个问题的数学类似于一个带有存根的TL的数学。我们应用这个模型来证明，存根可以有效地控制边界条件和/或界面处的条件。我们推导并求解了色散方程的设备与存根，并表明，周期性或非周期性系统的存根允许在一个可控的方式在很宽的范围内减慢等离子体波。我们的研究结果表明，短截线设计提供了一种实现最佳边界条件的方法，也可以用于多指结构-短截线等离子体晶体-产生更好的性能的太赫兹电子探测器，调制器，混频器，倍频器和源。
2018-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Correlation of interface transmission in THz spintronic emitters with spin mixing conductance in spin pumping experiments
太赫兹自旋电子学是自旋电子学研究领域中的一个新方向，它将磁学、光学物理和超快光子学结合起来。该领域的实验方案涉及使用飞秒激光脉冲来触发由铁磁（FM）和非磁性（NM）薄膜组成的双层膜中的超快自旋和电荷动力学，其中NM层具有强自旋轨道耦合。太赫兹自旋电子发射器的关键技术和科学挑战是增加其强度和频率带宽。为了实现这一点，需要控制辐射源，即超快自旋电流的传输。然而，从FM到NM层的自旋电流的转移是高度界面敏感的效应。在这项工作中，我们研究了通过界面的自旋电流传输的性质，测量太赫兹发射的强度，并将其与有效自旋混合电导进行比较，这是通过界面的自旋电流传输中的关键概念之一。结果表明，自旋混合电导的界面具有较高的外延程度类似的太赫兹发射的改善增强。自旋混合电导和太赫兹辐射之间的比例关系可以定义自旋电子太赫兹发射器的工程发射的新方向。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Giant THz surface plasmon polariton induced by high-index dielectric metasurface
我们使用计算的方法来探索的作用，高折射率介质二氧化钛光栅深亚波长厚度的锑化铟作为一个可调谐耦合器的太赫兹表面等离子体。我们发现了一系列的谐振光栅耦合垂直入射的太赫兹波驻波表面等离子体波上的薄和厚的InSb层。在一个显着的对比与以前探索的金属光栅，我们观察到一个更强的额外的共振的出现。这种巨等离子体共振的机制很好地解释了在空气中的\TiO 2 \InSb三层系统中激发的表面等离子体的色散。我们证明了巨共振的频率和强度都可以通过改变介质光栅参数来调谐，比金属光栅提供更灵活的可调谐性。垂直入射的太赫兹波的相位和振幅的空间调制的介质光栅，以优化表面等离子体激元激发。巨表面等离子体共振引起光栅结构上方的电场的强烈增强，这在传感和光谱应用中是有用的。
2017-08-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Scaling of graphene field-effect transistors supported on hexagonal boron nitride: radio-frequency stability as a limiting factor
由于使用六方氮化硼作为支撑层，纳米器件中石墨烯的质量大大提高。本文研究了在石墨烯场效应晶体管（GFET）中可以在多大程度上利用hBN以及沟道长度缩放以获得有竞争力的射频（RF）性能。载流子迁移率和饱和速度从解释相关散射机制（固有声子、与杂质和缺陷的散射等）的系综Monte Carlo模拟器获得。该信息被馈送到自洽模拟器中，该模拟器求解与二维泊松方程耦合的漂移扩散方程以充分考虑短沟道效应。模拟GFET特性的基准对我们制造的设备的实验数据。我们的模拟表明，可扩展性应该带来RF性能的改善，但是，高度限制的不稳定性。尽管可能会降低性能，但仔细选择偏置点可以避免不稳定性。尽管如此，最大振荡频率仍然是可实现的太赫兹区域的通道长度为几百纳米。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Terahertz photodetection in scalable single-layer-graphene and hexagonal boron nitride heterostructures
单层石墨烯（SLG）独特的光电特性是开发从X射线到微波等广泛频率范围内的光子器件的理想选择。在太赫兹（THz）范围（0.1-10 THz频率）中，这导致了具有最先进性能的光调制器、非线性源和光电探测器的发展。一个关键的挑战是以可扩展的方式将基于SLG的有源元件与预先存在的技术平台集成，同时保持性能水平不受干扰。在这里，我们报告的发展，室温太赫兹探测大面积SLG，生长的化学气相沉积（CVD），集成在天线耦合场效应晶体管。我们选择性地激活的光热电检测动力学，我们采用不同的介电配置上的SLG上的Al 2 O3有和没有大面积的CVD hBN盖帽，以研究其对SLG的热电性能支撑光电探测的影响。在零偏工作条件下，响应时间约为5 ns，噪声等效功率约为1 nWHz-1/2。这表明了可扩展的，大面积的，分层材料异质结构的太赫兹探测的可行性。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of the in-plane photoelectric effect in two-dimensional electron systems
最近在GaAs/Al $_x$ Ga $_{1-x}$ As异质结构中发现了一种新的光电现象--太赫兹（THz）面内光电（IPPE）效应。Michailow等人，Sci. Adv. \textbf{8}，eabi8398（2022））。与传统的PE现象相反，IPPE效应是在辐射的垂直入射下观察到的，电子在吸收太赫兹光子后克服的面内电位阶跃的高度可以通过栅极电压进行电调谐，并且当费米能位于势垒以上时，该效应在负电子"功函数“处最大。基于所发现的现象，已经证明了THz辐射的有效检测。在这项工作中，我们提出了一个详细的IPPE效应的理论，提供太赫兹波产生的光电流，量子效率，和内部响应的检测器的分析结果，依赖于频率，栅极电压，和几何参数的检测器。在零温度下对宏观宽样品进行计算。该理论的结果适用于具有2D电子气的任何半导体系统，包括III-V结构、硅基场效应晶体管和新型2D层状石墨烯相关材料。
2022-08-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
