Breakdown of continuum mechanics for nanometer-wavelength rippling of graphene
了解材料的机械行为如何在纳米尺度上偏离宏观上建立的概念，这对石墨烯来说是一个特别重要的关键挑战，因为它的纳米尺度形态和电子特性之间存在复杂的相互作用。在这项工作中，（亚）纳米波长的周期性波动的悬浮石墨烯纳米膜已实现的热应变工程和研究使用扫描隧道显微镜。这使我们能够探索波长与晶格常数相当的晶体膜的波纹。观察到的纳米波纹模式违反了连续介质模型的预测，并证明了石墨烯单层的板理想化的故障。然而，微观模拟的基础上的量子力学描述的化学结合准确地描述了所观察到的波纹模式，并阐明了连续模型击穿的起源。空间分辨的隧道光谱测量表明纳米粒子对石墨烯的局部电子结构产生了重大影响，并揭示了一维电子超晶格的形成。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall
Reversible Sulfuric Acid Doping of Graphene Probed by in-situ Multi-Wavelength Raman Spectroscopy
由于晶格应变和电荷密度影响石墨烯的各种材料性质，因此需要可靠且有效的方法来量化这两个变量。虽然拉曼光谱是敏感和非破坏性的，其有效性对化学电荷掺杂的精确定量尚未得到测试。在这项工作中，我们在原位定量的分数频率变化的2D和G峰的电荷密度引起的硫酸溶液以及原生晶格应变的响应。基于实验数据和理论验证，我们提出了一种光学方法，同时确定应变和化学诱导电荷密度的三个流行的激发波长为457，514和633 nm。为了加快掺杂剂物质通过石墨烯-SiO2衬底的嵌入，通过热氧化在石墨烯中精确地产生密集的纳米孔阵列。纳米穿孔石墨烯膜系统对于掺杂和去掺杂过程的多个循环是稳健的，并且将在研究与石墨烯的各种类型的化学相互作用中是有用的。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall
Persistent current and orbital magnetization along a valley-contrasting junction in bilayer graphene in a magnetic field
Yukawa Institute for Theoretical Physics Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
研究磁场中双层石墨烯谷对比结的赝零模电子态（扭结态）的能谱和电磁响应，发现两种谷电流（漂移电流和回旋电流）同向流动，并形成准一维轨道磁化通道，可用于谷电子学。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall
Persistent Friedel oscillations in Graphene due to a weak magnetic field
二维石墨烯片中狄拉克电子的两种相反的手性强烈地改变了弗里德尔振荡：石墨烯中杂质周围的静电势比二维电子气中衰减得快得多。当距离$r$远大于德布罗意波长时，它衰减为$1/r^3$。在这里，我们表明，一个弱的均匀磁场影响的弗里德尔振荡的异常方式。它产生了一个依赖于场的贡献，在一个参数化的大空间间隔$p_0^{-1}\lesssim r\lesssim k_Fl^2$中是{ \em主导}的，其中$l$是磁长度，$k_F$是费米动量，$p_0^{-1}=(k_Fl)^{4/3}/k_F$。此外，在这个区间内，场相关振荡不会随着距离而衰减。这种效应源于电子传播子积累的自旋相关磁相。所得相可能在石墨烯和石墨烯基异质结构的输运和热力学特性中引起新的相互作用效应。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stacking switching between correlation-protected radial Rashba field and persistent spin textures in graphene encapsulated by 1T-TaS$_2$ monolayers
Institute of Physics, Pavol Jozef Šafárik University in Košice（帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学科希策物理研究所）；Institute of Informatics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院信息学研究所）；Faculty of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理学院）；Institute of Experimental Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院实验物理研究所）；New Technologies Research Centre, University of West Bohemia（西波希米亚大学新技术研究中心）
通过第一性原理、紧束缚模型和Kubo公式，发现1T-TaS2封装石墨烯的堆叠方式决定电荷-自旋/轨道转换：AA堆叠产生径向Rashba自旋织构和增强的Rashba-Edelstein效应；AA'堆叠形成持久面外自旋织构，且轨道霍尔效应比自旋霍尔效应高三个数量级。
2026-06-11 cond-mat.mes-hall
Long-wavelength gauge symmetry and translations in a magnetic field for Dirac electrons in graphene
在磁场中的二维（2D）电子系统中，在朗道量子化下，电荷载流子之间的库仑相互作用本质上支配各种多体现象，同时也存在不受相互作用影响的现象，例如（整数）量子霍尔效应。指出二维电子对空间均匀势场的响应具有长波规范对称性，这与电子的回旋运动有关，使得库仑相互作用不变，从而自然地解释了为什么回旋共振（如Kohn定理所暗示的）和量子化霍尔电导对相互作用不敏感。根据这种新的长波规范对称性，讨论了石墨烯中的狄拉克电子与传统二维电子在回旋共振特性和量子霍尔效应方面的差异。
2019-07-31 cond-mat.mes-hall
Dynamic Wavelength-Tunable Photodetector Using Subwavelength Graphene Field-Effect Transistors
动态波长可调谐性长期以来一直是光电探测器技术的圣杯。由于其原子厚度和独特的性质，石墨烯开辟了实现这一概念的新范例，但到目前为止，这在实验上还很难实现。在这里，我们采用详细的量子输运模型的光电流在石墨烯场效应晶体管（包括现实的电磁场），以表明波长可调谐性是可能的，通过动态改变栅极电压。我们揭示了这种类型的设备的行为，并显示出显着偏离基于垂直过渡的简单期望的现象。我们发现强聚焦的电磁场在接触边缘超过相同的长度尺度的带弯曲。这两个空间变化的潜力导致增强的非垂直的光学跃迁，甚至主导的声子或杂质散射的情况下。我们还表明，消失的狄拉克点附近的态密度导致接触阻塞和依赖于门的光电流调制。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Quantum ring in a Graphene Layer in the presence of a Aharonov-Bohm flux
本文研究了量子环中无质量费米子的相对论量子动力学。我们采用一个束缚势模型，通过狄拉克振子耦合引入相互作用，为无质量狄拉克费米子提供了环束缚。我们得到了该模型在石墨烯层中的能级和相应的本征函数，在环中心存在Aharonov-Bohm通量的情况下，以及该模型中持续电流的表达式。我们还研究了存在向错和磁通量时石墨烯层中的量子环模型。精确地得到了这种情况下的能谱和波函数。我们看到持续电流依赖于表征拓扑缺陷的参数。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall
Long-wavelength optical phonon behavior in uniaxial strained graphene: Role of electron-phonon interaction
我们推导了单轴应变下石墨烯中由于电子-声子相互作用引起的$Γ$点纵光学（LO）和横光学（TO）声子模的频移和展宽随电子密度和无序量的变化。我们表明，在没有剪切应变分量，这种相互作用引起的LO和TO模式的简并度的提升，这有助于分裂的G拉曼带。由应变引起的电子光谱的各向异性导致LO和TO模式的偏振依赖性。这种依赖性与实验结果一致，表明分裂G峰的拉曼强度的周期性调制。此外，在未变形的石墨烯中报告的频率偏移的异常行为被发现在应变下是鲁棒的。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall
Persistent Topological Surface State at the Interface of Bi2Se3 Film Grown on Patterned Graphene
我们采用石墨烯作为可图案化的模板来保护拓扑绝缘体（TI）薄膜的本征表面态不受环境影响。在这里，我们发现石墨烯提供了高质量的界面，因此可以在载流子密度高于~10^19 cm-3的金属Bi 2Se 3膜的界面处观察到与拓扑表面态相关的Shubnikov de Haas（SdH）振荡。我们的原位X射线衍射研究表明，Bi 2Se 3薄膜外延生长在一个五重层的方式从底层没有任何结构变形的界面应变。磁输运测量（包括源自多个电导通道的SdH振荡）表明，迁移率高达约0.5 m^2/Vs的拓扑表面态与下面的石墨烯保持完整，没有退化。考虑到石墨烯在任意绝缘衬底上预图案化，可以利用基于TI的微电子设计。因此，我们的研究提供了一个前进的一步，观察拓扑表面状态在界面上没有退化，通过调整TI和石墨烯之间的界面到一个可测量的电流设备应用。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signature of valley polarization in fractional flux periodicity of a graphene ring
我们研究了谷极化和库仑相互作用对石墨烯量子环的能谱、持续电流和光吸收的影响。我们表明，相互作用有一个戏剧性的影响的性质的基态作为一个函数的磁通量，并在相反的山谷交换相互作用的情况下，意味着单重态-三重态简并不解除某些状态。由于相互作用而产生的额外的能级交叉（分数通量周期性）直接导致持续电流中的额外步骤和吸收光谱中的复杂结构，这些结构应该是实验上可观察到的。通过改变环的宽度，零场处的基态的性质也可以改变，这在我们讨论的可测量性质中是明显的。
2008-06-17 cond-mat.mes-hall
Plasmon Generation through Electron Tunneling in Graphene
石墨烯等离子体相对于光波长的短波长使其在光电子学和传感领域的应用具有吸引力。然而，这种特性限制了它们与外部光的耦合以及我们创造和检测它们的能力。因此，期望产生等离子体激元的更有效的方式。在这里，我们证明，通过现实的理论模拟，石墨烯等离子体可以有效地激发通过电子隧穿在由两个石墨烯单层由几个原子层的hBN分离形成的三明治结构。我们得到的等离子体激元产生率的$\sim10^{12}-10^{14}/$ s的平方等离子体激元波长的区域上的间距和偏置电压的现实值，而产量（等离子体激元每隧穿电子）具有统一的顺序。我们的研究结果支持在隧穿器件中的石墨烯等离子体激元的电激发作为一种可行的机制，用于开发无光学的石墨烯等离子体激元器件。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall
Breakdown of the Law of Reflection at a Disordered Graphene Edge
反射定律指出，光滑的表面镜面反射波，从而作为一面镜子。只要无序的长度尺度小于波长，该定律对无序不敏感。单层石墨烯在低能量下表现出线性色散，因此具有发散的费米波长。我们提出的证据表明，对于一个无序的石墨烯边界，共振散射无序的边缘模式的结果在扩散电子反射，即使当电子波长远长于无序相关长度。利用数值量子输运模拟，我们证明了这种现象可以观察到一个非局域电导下降的磁聚焦实验。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
Ultra-long wavelength Dirac plasmons in graphene capacitors
石墨烯是一个有价值的2D平台，为等离子体激元在最近的太赫兹和中红外光学实验所示。然而，这些高能等离子体激元耦合到介电表面模式，从而产生混合等离子体激元-极化激元激发。超长波长解决了GHz-THz电子域中等离子体光谱的低能量端，其中本征石墨烯狄拉克等离子体基本上与其环境解耦。然而，实验是难以捉摸的，由于阻尼欧姆损失在低频。我们在这里展示了一个等离子体共振电容器（PRC）使用六方氮化硼（hBN）封装的石墨烯在低温下在近弹道制度。我们报告的$100\;\mathrm{μm}$四分之一波等离子体模式，在$40\;\mathrm{GHz}$，与品质因数$Q\simeq2$。谐振技术的准确性产生了一个精确的电子压缩性和动力学电感的测定，允许评估从固有的狄拉克等离子体的残余偏差。我们的电容GHz实验构成了在无线通信和传感的子THz域中用于微波检测的等离子体谐振晶体管的演示的第一步。这也为实现克莱因隧穿控制等离子体传播的掺杂调制超晶格铺平了道路。
2018-06-22 cond-mat.mes-hall
Long wavelength local density of states oscillations near graphene step edges
利用扫描隧道显微镜和光谱学，我们研究了氮化硼中台阶边缘上石墨烯的局域态密度。观察到LDOS中的长波长振荡，其最大值平行于阶跃边缘。它们的波长和振幅由准粒子的能量控制，允许直接探测石墨烯色散关系。我们还观察到一个更快的衰减的LDOS振荡远离台阶边缘比传统的金属。这是由于石墨烯中狄拉克费米子的手性性质。
2011-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent electronic transport through graphene constrictions: sub-wavelength regime and optical analogies
石墨烯的二维性质与今天的光刻相结合，可以实现比狄拉克电子波长更小的纳米电子器件。在这里，我们表明，在这些石墨烯亚波长纳米器件的电子量子输运性质提出了深刻的类比与经典现象的亚波长光学。通过引入电子衍射势垒的概念来表示收缩效应，我们可以很容易地描述丰富的纳米器件中丰富的输运物理：从石墨烯狭缝中的Bethe和Kirchhoff衍射，到纳米带中的Fabry-Perot干涉振荡。同样的概念也适用于石墨烯量子点，并为这些系统的最新实验提供了新的启示。
2008-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Active plasmonic switching at mid-infrared wavelengths with graphene ribbon arrays
通过理论和数值计算，研究了一种基于单层和少层掺杂石墨烯带阵列的中红外有源等离子体开关。结果表明，显着的谐振波长偏移和调制深度可以实现与石墨烯带的掺杂浓度的轻微变化。少层石墨烯带阵列器件在可实现的调制深度方面优于单层器件。我们的模拟表明，通过在0.2 eV和0.25 eV之间调制费米能级，四层石墨烯带阵列器件可以分别实现~13 dB和0.94微米的调制深度和谐振波长偏移，而单层器件的调制深度和谐振波长偏移分别为~2.8 dB和1.85微米。此外，简单的拟合模型来预测调制深度和谐振波长的偏移。这些前景为用于红外和THz应用的超快活性石墨烯基等离子体器件铺平了道路。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Landauer-Büttiker conductivity for spatially-dependent uniaxial strained armchair-terminated graphene nanoribbons
研究了扶手椅型石墨烯纳米管中任意单轴空间应变下的Landauer-Büttiker电导率。由于应变的单轴特性，相应的传递矩阵可以简化为$2\times2$矩阵的乘积。然后，电导率和Fano因子可以由该乘积计算。作为该技术的一个例子，正弦空间相关的应变场进行了研究，使用两个不同的应变波长。对于更大的波长的电导率降低时相比，无应变的情况下，虽然这两个电导率几乎是相同的形状。然而，对于较小的波长的情况下，电导率强烈修改。尽管如此，对于接近狄拉克点能量的能量，电导率和Fano因子与这里研究的两个应变波长的无应变对应物非常相似。
2018-05-03 cond-mat.mes-hall
Ultra-confined acoustic THz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy
太赫兹（THz）场被广泛应用于传感、通信和质量控制。在未来的应用中，它们可以通过石墨烯等离子体激元（GP）的激发被有效地限制，增强和操纵-远低于经典的衍射极限。这些可能性来自与光子波长1。相比强烈降低的GP波长lp，其可以通过经由电选通调制石墨烯的载流子密度来控制。最近，已经预测石墨烯-绝缘体-金属配置中的GP表现出线性色散（因此称为声学等离子体激元）和进一步减小的波长，这意味着改进的场约束，类似于导电衬底附近的二维电子气（2DEG）中的等离子体激元。虽然红外GP已经通过散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）可视化，但到目前为止，石墨烯和2DEG中强烈限制的THz等离子体激元的真实空间成像一直难以捉摸-仅观察到具有接近自由空间波长的GP。在这里，我们展示了真实空间成像的声学太赫兹等离子体在石墨烯光电探测器与分裂门架构。为此，我们引入纳米尺度分辨太赫兹光电流近场显微镜，其中近场激发的GP检测热电，而不是光学。片上GP检测简化了GP成像，因为可以避免复杂的s-SNOM检测方案。光电流图像揭示了强烈降低的GP波长（lp = 10/66），由GP与石墨烯下方的金属栅极耦合引起的线性色散，以及正载流子密度下的等离子体激元阻尼由库仑杂质散射主导。因此，声学GPS可以大大有利于深亚波长尺度THz器件的发展。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall
Theory of Twisted Bilayer Graphene Near Commensuration
无限扭曲的石墨烯双层由长波长理论描述，但迄今为止，这种理论只存在于小角度的层间旋转。我们建立了一个长波长的理论没有这样的限制，而是需要接近简化。该理论从它所接近的完全相称的双层继承了它的能量尺度。它是一个空间插值的低能量理论的公度结构与两个可能的子晶格交换（SE）对称性：SE偶和SE奇。除了推广现有的理论，我们的理论带来了实验达到迄今为止难以捉摸的石墨烯的物理，如带隙和非平凡的能带拓扑结构。
2014-09-06 cond-mat.mes-hall
Graphene-protein bioelectronic devices with wavelength-dependent photoresponse
我们实现了石墨烯场效应晶体管（FET）和可溶性蛋白质之间的纳米电子接口。这使得能够生产结合生物分子和无机组分的功能的生物电子器件。该方法用于使用标签本身将多组氨酸标记的蛋白质连接到石墨烯FET。原子力显微镜和拉曼光谱提供的生物/纳米混合结构的理解，电流栅电压测量用于阐明的电子特性。作为一个应用实例，我们用荧光蛋白官能化石墨烯FET，以产生对蛋白质的光吸收光谱所定义的波长的光响应的杂化物
2011-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium currents in a Corbino graphene ring
我们解决的石墨烯Corbino磁盘的描述的上下文中的紧束缚的方法，包括动力学和Rashba自旋轨道耦合由于外部的平面外电场。持续的平衡电流是由外部磁场打破时间反演对称性引起的。通过直接对角化，我们计算了光谱，并着重研究了费米能级上$K$点附近的色散。色散敏锐地再现了连续模型，尽管边界条件的复杂性。我们根据主要的锯齿形边界条件和弱子带耦合验证了连续介质模型的假设。得到了显示最低横模的波函数，表明边缘态占优势，电荷密度在锯齿形边缘。持续的电荷电流，然而，不遵循传统的论点，电流取消从费米能级以下的水平，因此，他们离开在紧束缚从那些在连续模型中发现。
2014-11-18 cond-mat.mes-hall
Hierarchy of Graphene Wrinkles Induced by Thermal Strain Engineering
石墨烯仅一个原子厚，成为探索膜物理和力学的终极薄膜。在这里，我们研究了热应变工程诱导的石墨烯褶皱的层次结构，并证明了石墨烯褶皱的层次结构可以用石墨烯褶皱理论来解释。通过考虑石墨烯片的弯曲能和拉伸能，我们推导出解释在我们的实验中观察到的弯曲波长λ随到边缘y的距离的演化的方程λ =（ky）0.5。方程中的前因子k被确定为约55 nm，其与石墨烯薄片的尺寸无关。我们的实验结果表明，石墨烯的经典膜行为持续到约100 nm的反射波长。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Plasmonically enhanced tunable spectrally selective NIR and SWIR photodetector based on intercalation doped nanopatterned multilayer graphene
我们提出了一种光谱选择性近红外（NIR）和短波红外（SWIR）光电探测器的概念证明，该光电探测器基于插层有FeCl $_3$（NPMLG-FeCl $_3$）的纳米图案化多层石墨烯，能够实现石墨烯的大调制p掺杂。在NPMLG-FeCl $_3$中的石墨烯片上的局部表面等离子体（LSP）允许在NIR和SWIR方案中的光电检测从$λ=1.3$ $μ$ m到3 $μ$ m的静电调谐，这超出了纳米图案化单层石墨烯（NPG）的范围。最重要的是，LSP与光学腔一起将吸光度从对于$N$层石墨烯-FeCl $_3$（没有图案化）的约$N\times 2.6$ \%增加到对于NPMLG-FeCl $_3$的接近100\%，其中强吸光度仅局部地发生在石墨烯片内部。我们的NIR和SWIR检测方案依赖于由多层石墨烯（MLG）片的不对称图案化引起的光电效应。在纳米图案化侧上的LSP产生热载流子，其在室温下引起Seebeck光电探测，实现$R=6.15\times 10^3$ V/W的响应度、$D^*=2.3\times 10^{9}$ Jones的探测度和100 ns量级的超快响应时间。我们的理论结果为石墨烯光电探测，光学红外通信，红外彩色显示器和红外光谱在近红外，短波红外，中波长红外（MWIR），和长波红外（LWIR）制度铺平了道路。
2021-11-10 cond-mat.mes-hall
Momentum-space Observation of Optically Excited Non-Thermal Electrons in Graphene with Persistent Pseudospin Polarization
本文利用时间分辨动量显微技术观测石墨烯中光激发非热电子的动量分布与赝自旋极化，并通过调节激发通量揭示电子-电子散射对极化弛豫的影响，为二维材料研究和石墨烯器件设计提供依据。
2024-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Influence of optical nonlinearities on plasma waves in graphene
本文在非微扰的条件下发展了石墨烯中非线性等离子体波的理论。研究了强电场对远红外透射实验中等离子体共振位置和线宽的影响，以及对扫描近场光学显微镜实验中等离子体共振波长和传播长度的影响。该理论表明，几到几十kV/cm量级的场在第一类实验中应导致等离子体共振的红移和加宽，而在第二类实验中应导致波长和传播长度的减小。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall
Nodal Surfaces in Photoemission from Twisted Bilayer Graphene
在电子结构的长波理论下，研究了扭曲石墨烯双层膜角分辨光电子能谱中的选择规则和干涉效应。使用一个通用的模型层间耦合，我们确定的特征，在计算的ARPES动量分布控制的奇异性和拓扑特征的长波长光谱。我们区分的光谱特征，控制在光谱中的单层奇异性，其修改由层间耦合所产生的每一层的规范电位，和新的能量依赖的干涉效应，直接探测层间的相干性。结果表明，如何ARPES光谱的能量和偏振依赖性可以用来表征扭曲双层石墨烯的层间耦合。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall
Experimental Demonstration of >230° Phase Modulation in Gate-Tunable Graphene-Gold Reconfigurable Mid-Infrared Metasurfaces
超颖表面提供了通过界面处的振幅、偏振和相位的工程来控制远场光传播的显著潜力。我们在这里报告的电子可重构超颖表面的相位调制，并证明其实用程序中红外光束转向。使用栅极可调石墨烯-金谐振器几何结构，我们在多个波长下展示了高度可调的反射相位，并在8.50 μm的工作波长下显示了高达237°的相位调制范围。在8.70 μm波长处，观察到相位随外加电压从0°到206°的平滑单调调制。基于这些实验数据，我们用天线阵列计算证明，相对于理想的超颖表面，对于角度高达30°的反射光，平均波束转向效率为50%，证实了这种几何形状对于可重构中红外波束转向设备的适用性。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall
Observation of negative refraction of Dirac fermions in graphene
半个世纪前，Veselago提出了具有负介电常数和负磁导率的左手材料，其中波以相反方向的相速度和群速度传播。为了实现这种左手响应，已经进行了大量的工作，例如在所谓的超材料中建立负折射率，超材料由周期性的亚波长结构组成。然而，由于难以产生小于约10 nm量级的电子费米波长（λ_F）的重复结构，电子对应物尚未被证明。在这里，不需要工程师的亚波长结构，我们证明了负折射行为的狄拉克费米子在石墨烯，利用其独特的相对论能带结构。通过n-p-n平面透镜的电子聚焦和n-p结的负折射分析证实了电子系统中的左手行为。这种电子光学的新方法与正在进行的开发具有新兴分层材料的新型量子器件的努力特别相关。
2015-06-27 cond-mat.mes-hall
Multilayer graphene, Moiré patterns, grain boundaries and defects identified by scanning tunneling microscopy on the m-plane, non-polar surface of SiC
在非极性的n+6 H-SiC m-平面衬底上生长外延石墨烯，并使用原子尺度扫描隧道显微镜进行研究。多层石墨烯被发现在整个表面，并表现出旋转无序。发现了不同空间周期的莫尔条纹，并且我们发现，随着波长的增加，调制的幅度也增加。这种关系揭示了关于弯曲石墨烯所需的能量与与下面的石墨烯层的相互作用能（即范德华能）之间的相互作用的信息。我们的实验得到了理论计算的支持，理论计算预测膜的形貌振幅与莫尔条纹波长L成比例，L = L^-1 + αL^-2。
2014-12-30 cond-mat.mes-hall
Persistent currents in carbon nanotubes
研究了平行于碳纳米管轴向的静态磁通量驱动的持续电流。由于石墨烯的六方对称性，2D晶格的费米轮廓减少到两个点。然而，电子或空穴掺杂使费米能向上或向下移动，结果，费米表面的形状改变。这种空穴掺杂导致费米能级移动（或多或少）1eV最近已被实验观察到。在本文中，我们表明，费米能的变化显着的持续电流，并讨论了锯齿形以及扶手椅型纳米管的电子结构和可能的电流。
2002-05-09 cond-mat.mes-hall
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene induced tunability of the surface plasmon resonance
通过改变插入石墨烯和纳米颗粒之间的Al2O3间隔层的厚度来证明表面等离子体共振波长的可调谐性。通过将间隔层厚度从0.3 nm变化到1.8 nm，谐振波长从583 nm移动到566 nm。该偏移是由于在金纳米颗粒和单层石墨烯膜中激发的局部表面等离子体激元之间的电磁场耦合强度的变化。相反，当系统中不存在石墨烯膜时，在改变间隔物厚度时没有观察到谐振波长的明显偏移。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistent spin texture preserved by local symmetry in graphene/WTe$_2$ heterostructure
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克高级材料研究所）；Faculty of Physics and Applied Informatics, University of Łódź（罗兹大学物理与应用信息学院）
研究通过第一性原理计算揭示了石墨烯/WTe₂异质结构中局部对称性对持久自旋纹理的保护作用，发现其在无拓扑边缘态情况下仍支持长距离自旋传输。
2025-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Circular-Polarization Dependent Cyclotron Resonance in Large-Area Graphene in Ultrahigh Magnetic Fields
利用高达170 T的强磁场和偏振中红外辐射（波长从9.22到10.67 μ m），研究了化学气相沉积法生长的大面积石墨烯的回旋共振。圆极化相关的研究揭示了强的p型掺杂生长的石墨烯，和辐射波长的回旋共振的依赖性允许确定的费米能量。热退火使费米能移动到狄拉克点附近，导致在磁量子极限中同时出现空穴和电子回旋共振，即使样品仍然是p型，这是由于石墨烯的线性色散和独特的朗道能级结构。因此，这些高场研究允许清楚地识别大面积、低迁移率石墨烯样品中的回旋共振特征。
2012-01-14 cond-mat.mes-hall
Lattice mismatch induced ripples and wrinkles in planar graphene/boron nitride superlattices
用连续介质理论描述了平面石墨烯/氮化硼超晶格中周期性波纹的形成。由于两种材料之间的晶格失配，它表明，平坦的超晶格是不稳定的波纹形成适当的波长。弯曲能和横向拉伸能之间的竞争产生取决于超晶格节距的最佳波纹波长。连续谱理论预测的最佳波长与Nandwana和Ertekin，Nano Lett先前报道的原子尺度总能量计算结果非常一致。15 1468（2015）。
2015-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometry effects in topologically confined bilayer graphene loops
我们通过不同形状的拓扑环来研究双层石墨烯中的电子约束。这些环是由通过间隙反转作用在两个石墨烯片上的横向栅极产生的。对于大面积的循环的频谱是很好地描述了一个量化规则，只依赖于循环周长。对于小尺寸，光谱取决于环的形状。我们发现，零能态表现出强烈依赖于空间对称性的特征图案。我们通过考虑较高到较低对称性（圆形，正方形，矩形和不规则多边形）的循环来证明这一点。有趣的是，磁场会导致态的谷分裂、能量反转态之间的不对称、通量周期性和持续电流的出现。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall
Aharonov-Bohm conductance oscillations and current equilibration in local n - p junctions in graphene
我们考虑一个小的p型岛内定义的n型石墨烯纳米诱导的电位的浮动电极。在量子霍尔条件下，岛支持本地化在$n-p$结的持续电流。当耦合到石墨烯边缘时，岛充当Aharonov-Bohm干涉仪。我们评估的静电电位附近的电荷中性点，并考虑在结的两侧的电流平衡的带内的浮栅诱导。利用虚探针技术引入非相干平衡。我们描述了相干Aharonov-Bohm电导振荡的量子霍尔分数平台由于电流平衡的演变。
2018-09-18 cond-mat.mes-hall
Highly Efficient Midinfrared On-Chip Electrical Generation of Graphene Plasmons by Inelastic Electron Tunneling Excitation
非弹性电子隧穿为表面等离子体激元的激发和光发射提供了一条低能途径。我们从理论上研究了基于金属和石墨烯的隧道结。我们表明，石墨烯是一种潜在的高效材料，因为它的窄等离子体激元线宽，强发射，和大的可调谐性在中红外波长区的隧穿激发的等离子体激元。与金和银相比，对于相似的波长，增强可以高达10倍，并且在它们各自的等离子体激元工作波长下可以高达5个数量级。石墨烯等离子体激元的调谐激发有望成为石墨烯基光电子和纳米光子集成电路的片上电产生和等离子体激元操纵的有效技术。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electronic Properties of Graphene Quantum Ring with Wedge Disclination
研究了半径为$R$、宽度为$w$的石墨烯量子环在磁通量作用下载流子的能谱和持续电流。我们考虑的情况下，晶体的对称性是局部修改取代六边形的五边形，正方形，七边形或八边形。为了模拟这种类型的缺陷，我们包括适当的边界条件的角坐标。通过在带的边缘设置无限质量边界条件，将电子限制在径向有限宽度的带内。的解决方案表示的汉克尔函数和它们的渐近行为允许导出量化的能级中存在的能隙。我们还研究了量子环中出现的持续电流以及楔向错对不同量子输运量的影响。
2020-07-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Graphene Quantum Dot with Divacancy and Topological Defects: A Novel Material for Promoting Prompt and Delayed Fluorescence of Tunable Wavelengths
这项工作展示了在拓扑Stone-Wales型缺陷石墨烯量子点中引入双空位缺陷的独特方法，用于收获单重态和三重态激子，这对于制造荧光有机发光二极管至关重要。在这里，我们首先揭示了这些系统的结构弛豫建立了高自旋三重态作为稳定的基态在室温下，从而显着增加其在设计自旋电子器件的潜力。然后，我们广泛的电子相关计算表明，在这些松弛的结构中的单重态和三重态的能量排序可以通过各种衰变通道触发不同波长的即时和延迟荧光。特别地，双空位的位置决定了发射波长的可调谐范围。此外，我们从多参考单双构型相互作用（MRSDCI）和第一性原理含时密度泛函理论（TDDFT）方法中获得的结果强调，双空位位置、结构驰豫和自旋多重性的协同效应严格控制了吸收曲线最强峰所表现出的位移的性质和幅度，这对于设计光电子器件至关重要。
2022-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band structure and gaps of triangular graphene superlattices
研究了长波长三角形石墨烯超晶格的一般性质。结果表明，狄拉克点与无间隙可以出现在一些高对称点的布里渊区。间隙的存在可以导致在相称填充物处的绝缘行为。应变和磁性超晶格也进行了讨论。
2010-06-01 cond-mat.mes-hall
Scattering of charge carriers by point defects in bilayer graphene
发展了双层石墨烯中大量手征费米子在径向对称势作用下的散射理论。结果表明，当电子波长远大于势半径时，散射截面与电子波长成正比。这导致迁移率与电子浓度无关。与单层的情况相比，中性和带电缺陷通常与双层石墨烯的电阻率同样相关。
2007-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Optical Index for Few-Layer Graphene by Reflectivity Spectroscopy
我们通过反射光谱法在可见光波段对少层石墨烯的光学折射率进行了实验研究。具有相干超连续谱激光源的激光扫描显微镜（LSM）测量了Si/SiO2基底上的剥离的石墨烯薄片的反射率，所述基底包含单层、双层和三层区域，当激光的波长从545 nm变化到710 nm时。根据与裸衬底的反射率对比和菲涅耳反射理论，提取了少层石墨烯的复折射率n-ik。由于SiO2厚度作为参数进入建模，因此在样品位置处对其进行精确测量。结果发现，一个共同的恒定的光学指数不能同时解释单层，双层和三层石墨烯的波长相关的反射率数据，而是每个单独的几层石墨烯具有一个独特的光学指数，其复杂的值是精确和准确地确定从实验数据。
2012-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant Terahertz Detection Using Graphene Plasmons
等离子体激元，电子系统的集体振荡，可以有效地耦合光和电流，因此可以用于创建亚波长光电探测器，辐射混合器和片上光谱仪。尽管付出了相当大的努力，但已经证明实现在太赫兹频率下操作的等离子体器件具有挑战性。能够满足这一挑战的材料是石墨烯，因为它支持长寿命的电可调等离子体。在这里，我们展示了等离子体辅助共振检测太赫兹辐射的天线耦合石墨烯晶体管，作为两个等离子体法布里-珀罗腔和整流元件。通过使用栅极电压改变等离子体速度，我们在多个谐振模式之间调谐我们的检测器，并利用此功能来测量双层石墨烯中的等离子体波长和寿命，以及探测其莫尔迷你带中的集体模式。我们的设备为进一步的等离子体研究提供了方便的工具，这些研究在非环境条件下（例如低温和强磁场）通常非常困难，并为各种光子应用提供了可行的途径。
2018-11-27 cond-mat.mes-hall
Superradiance mediated by Graphene Surface Plasmons
我们证明了两个发射体之间的相互作用可以通过石墨烯中表面等离子体激元模式的有效激发来控制。我们认为石墨烯表面等离子体支持的二维石墨烯片或一维石墨烯带，显示在这两种情况下，发射器之间的耦合可以强烈增强或抑制。超和次辐射制度的反射和透射配置进行了研究。重要的是，在真空中由自由空间波长固定的发射器之间的耦合的长度尺度现在由石墨烯表面等离子体的波长确定，石墨烯表面等离子体的波长可以非常短并且可以经由栅极电压随意调谐。
2012-01-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene photodetectors for high-speed optical communications
虽然硅在固态电子学中占据主导地位已有四十多年，但各种新材料已被引入光子学中，以扩大可访问的波长范围并提高光子器件的性能。例如，氮化镓基材料能够实现蓝光和紫外波长的光发射，而高折射率对比度绝缘体上硅有助于实现超密集和CMOS兼容的光子器件。在这里，我们报告了石墨烯（一种二维碳材料）作为10 Gbits/s光学数据链中的光检测元件的首次部署。在这种叉指型金属-石墨烯-金属光电探测器中，采用非对称金属化方案来打破常规石墨烯场效应晶体管沟道中内置电场分布的镜像对称性，从而允许在整个光照射区域内进行有效的光电探测。在1.55 μm波长处获得了6.1mA/W的最大外部光响应度，考虑到材料的厚度小于1 nm，这是一个非常令人印象深刻的值。此外，由于石墨烯独特的能带结构和优异的电子特性，使用这种迷人的材料可以实现具有至少从300 nm到6 μm的超宽工作波长范围的高速光电探测器。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge currents driven by terahertz radiation in graphene in quantum Hall regime
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Ioffe Insitute（约费研究所）
研究发现太赫兹激光照射量子反常霍尔 regime 中的无偏石墨烯会产生直接边缘电流，其成因是边缘电流的不平衡，由楚尔边缘通道中的间接跃迁驱动，电流方向由外部磁场极性决定，大小依赖辐射偏振。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall
Collective excitations in spin-polarized bilayer graphene
我们计算了自旋极化BLG系统中等离子体振荡的频率和阻尼率。利用动力学介电函数的长波近似，我们得到了等离子体频率的解析表达式，表明自旋极化度P对长波等离子体频率的影响可以忽略。数值计算表明，自旋极化度对等离子体频率的影响在小（大）波矢处较小（较大），且阻尼率的最大值随P的增大而增大。我们还研究了不同自旋极化度下载流子密度和衬底介电常数对等离子体特性的影响。数值计算的临界波矢，在等离子体色散曲线击中电子-空穴连续体的边缘，减少与P，可以用来确定实验的自旋极化的程度。
2020-10-21 cond-mat.mes-hall
Exploiting Aharonov-Bohm oscillations to probe Klein tunneling in tunable pn-junctions in graphene
石墨烯的独特之处在于其载流子的费米波长可以在很宽的范围内静电调谐。这原则上允许静电地调谐pn结的透明度，因为这取决于结的物理延伸与电子波长之间的比率，即取决于结本身的有效宽度。然而，这个简单的想法-这将允许在Veselago透镜和Klein准直器之间平滑地切换-已被证明是难以实验证明的，因为在大多数设置中可用的独立可调参数的数量有限。在这项工作中，我们提出了在准弹道Aharonov-Bohm石墨烯环与栅极可调PN结在一个手臂的运输测量，并表明干涉图案提供明确的信息的克莱因隧道效率和结的有效宽度。我们发现一个栅极控制的PN结的透明度范围从35- 100%。我们的结果与半经典描述非常吻合。
2021-06-01 cond-mat.mes-hall
Bending modes, anharmonic effects and thermal expansion coefficient in single layer and multilayer graphene
我们提出了一个简单的分析方法来研究单层，双层和多层石墨烯的非谐效应。面内模和面外模之间的耦合导致负的格吕奈森系数和负的热膨胀。热膨胀系数的值取决于与衬底的耦合。双层石墨烯中的弯曲刚度示出了长波长区域和短波长区域之间的交叉，在长波长区域中，其值由平面内弹性性质确定，在短波长区域中，其值接近单层的两倍。
2012-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scattering of flexural acoustic phonons at grain boundaries in graphene
利用分子动力学模拟研究了长波长弯曲声子对石墨烯晶界的散射。三个对称的倾斜晶粒边界被认为是：一个与取向差角的$17.9^\circ$显示出的面外屈曲1.5 nm高和5 nm宽，一个与取向差角的$9.4^\circ$和面外屈曲0.6 nm高和1.7 nm宽，和一个与取向差角的$32.2^\circ$和没有面外屈曲。在平坦晶界处，对于1 nm以上的波长，声子透射率超过95%.屈曲边界在该波长范围内具有基本上较低的透射率，其中对于$17.9^\circ$边界的最小透射率为20%，对于$9.4^\circ$边界的最小透射率为40%。在屈曲边界，弯曲和纵向声子模式之间的耦合也被观察到。结果表明，长波长弯曲声子在石墨烯晶界的散射主要是由于面外屈曲。一个连续的散射过程的力学模型已经开发，提供了一个更深入的理解的散射过程，以及一种方法来计算长波长弯曲声子的屈曲尺寸的基础上的晶界的效果。
2014-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards Substrate Engineering of Graphene-Silicon Schottky Diode Photodetectors
石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器具有诸如高响应率和高探测率、宽光谱波长操作和高操作速度的有益特性。过去已经采用各种路线和架构来制造器件。器件通常基于在将石墨烯沉积在硅的顶部上以形成石墨烯-硅肖特基结之前通过湿法蚀刻去除硅表面上的氧化硅层。在这项工作中，我们系统地研究了界面氧化层，所采用的制造技术和硅衬底上的石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器的光探测能力的影响。在从近紫外到短/中红外辐射的宽波长范围内，辐射强度覆盖超过五个数量级，以及高速操作的设备的适用性的设备的性能进行了研究。结果表明，界面层，根据所需的应用，实际上是有益的，以提高这种设备的光电探测性能。此外，我们证明了硅衬底上的光谱响应和操作速度的影响。所制造的器件在从近UV到短/中红外（热）波长范围的宽光谱波长范围内工作，表现出接近10 $^6$ V/W的高光电压响应和几十纳秒的短上升和下降时间。
2017-06-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
