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
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
Giant Plasmon Instability in Dual-Grating-Gate Graphene Field-Effect Transistor
我们研究了直流电流注入引起的双栅石墨烯场效应晶体管中等离子体激元的不稳定性，采用玻尔兹曼方程进行自洽模拟。只有声学声子限制的电子散射，它表明，等离子体激元不稳定性的总增长率，与太赫兹/中红外范围的频率，可以超过$4\times10^{12}$ s $^{-1}$在室温下，这是一个数量级大于二维电子气体的基础上通常的半导体。将模拟结果与现有理论进行比较，揭示了巨大的总增长率来源于所谓的Dyakonov-Shur和Ryzhii-Satou-Shur不稳定性的同时发生。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall
Terahertz detection in a slit-grating-gate field-effect-transistor structure
我们制作了一种栅栅指间狭缝窄的InGaAs/GaAs场效应晶体管结构。在亚太赫兹频率范围内测量了这种结构的共振光电导响应。光响应峰的频率对应于结构通道中的等离子体共振的激发。所获得的响应度超过了先前报道的类似的等离子体太赫兹探测器的响应度两个数量级，这是由于狭缝光栅栅场效应晶体管结构中的入射太赫兹辐射和等离子体振荡之间的耦合增强。
2011-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dual Origin of Room Temperature Sub-Terahertz Photoresponse in Graphene Field Effect Transistors
由于石墨烯$'$优异的电子迁移率，石墨烯被认为是用于高达太赫兹（THz）范围的高频辐射检测器的有前途的平台。先前已经表明，石墨烯场效应晶体管（FET）由于热电和/或等离子体波整流而对入射的THz辐射表现出室温宽带光响应。这两种效应表现出类似的功能依赖于栅极电压，因此，它被发现是很难解开这些贡献在以前的研究。在这封信中，我们报告了在不同温度下分析的石墨烯场效应晶体管的亚太赫兹响应的实验和理论研究。这种温度依赖性的研究使我们能够揭示光热电效应，pn结整流，和等离子体激元整流中的石墨烯FET的亚太赫兹光响应的作用。
2018-03-19 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
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
Terahertz detection of magnetic field-driven topological phase transition in HgTe-based transistors
本文报道了室温下反能带结构碲汞基场效应晶体管的太赫兹探测。在低温下，我们表明，晶体管沟道的非线性允许观察的量子相变由于避免交叉零模式朗道能级在碲化汞二维拓扑绝缘体。这些结果为太赫兹拓扑场效应晶体管铺平了道路。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction of terahertz electromagnetic field with metallic grating: Near-field zone
我们已经建立了太赫兹辐射与亚波长金属光栅相互作用的理论。研究了金属光栅下电磁波的近场电场结构。得到了透射波通过光栅时的电场分量和电场能量密度的空间分布。已经检测到强的局部增强的电场的效果。分析了近场区透射波偏振的空间依赖性。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
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
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
Plasma Instability and Amplified Mode Switching Effect in THz Field Effect Transistors with Grating Gate
本文提出了直流偏置下双栅极光栅场效应晶体管中等离子体振荡的理论，揭示了由漂移等离激元动能转化为电磁能引发的不稳定性机制，并解释了在临界电流处出现的放大模式切换效应，为太赫兹辐射紧凑源设计提供理论依据。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall
Terahertz response of carbon nanotube transistors
本文提出了一种基于自洽非平衡格林函数的含时量子输运方法。该技术被应用到弹道碳纳米管晶体管的存在下，在栅极的时间谐波信号。在ON状态下，动态电导在太赫兹频率处表现出等离子体共振峰。这些在OFF状态下消失，动态电导显示出平滑的振荡，这是单粒子量子效应的特征。我们发现，纳米管的动力学电感起着至关重要的作用，在高频行为。
2009-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Circuit Modeling of Tunneling Real-Space Transfer Transistors: Toward Terahertz Frequency Operation
利用考虑隧穿效应的小信号等效电路模型，通过计算器件共源极单位电流增益频率范围，研究了隧穿实空间传输晶体管（TRSTT）在负微分电阻（NDR）区的高频工作特性。我们的电路模型是基于In0.2Ga0.8As和delta掺杂GaAs双沟道结构与各种栅极长度。计算的TRSTT fT与实验数据吻合得很好，限制因素是δ掺杂GaAs层的电阻。通过优化栅尺寸和沟道材料，我们发现在NDR区的fT接近太赫兹范围，这预期TRSTT作为太赫兹源的潜在用途。
2011-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz plasma wave generation in ultra-short-channel Field Effect Transistors: theory vs experiment
考虑载流子的散射和速度饱和，我们研究了场效应晶体管中二维电子气的“浅水”不稳定性。结果表明，散射（这是类似于摩擦在浅水通道）和载流子速度饱和导致阻尼的等离子体波不稳定性。计算了失稳阈值图。观察等离子体波产生所需的实际设备参数进行了比较，在最近的亚太赫兹发射实验报告。
2005-12-14 cond-mat.dis-nn 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
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
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 selective surfaces using heterostructures based on two-dimensional diffraction grating of single-walled carbon nanotubes
对于长度为1-50 nm的单壁碳纳米管（SWCNT），表面等离子体激元-极化激元（SPP）共振在太赫兹频率范围内，因此，SWCNT晶格可用于设计频率选择表面（FSS）。电磁波在二维周期性单壁碳纳米管晶格上衍射的数值模型可以用关于沿单壁碳纳米管的表面电流的二阶积分微分方程来描述。该方程可以用Bubnov-Galerkin方法求解。数值研究了自由表面结构在SPP谐振附近反射和透射电磁波的频率特性。它示出的谐振是在太赫兹范围内的较低频率的一部分。此外，我们估计一个单独的单壁碳纳米管的弛豫频率，并证明了适用性的Kubo公式的石墨烯导电性阵列的大小类似的单壁碳纳米管考虑中的条带。
2022-03-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tight-binding terahertz plasmons in chemical vapor deposited graphene
包括石墨烯和亚波长金属光栅的晶体管结构对于等离子体激元增强的太赫兹检测具有很大的希望。尽管有相当多的理论研究，但到目前为止，在这种结构中几乎没有发现太赫兹等离子体激元的实验证据。在这里，我们报告了在石墨烯绝缘体光栅结构中使用傅里叶变换光谱在5-10太赫兹范围内的等离子体激元的实验研究。即使在具有低载流子迁移率$\sim 10^3$ cm $^2$ /（Vs）的化学气相沉积（CVD）石墨烯中，等离子体共振在Drude吸收背景之上也是清晰可见的。我们认为，等离子体激元寿命是弱敏感的散射晶界和宏观缺陷，限制了CVD样品的流动性。在将光栅放置在石墨烯附近时，等离子体激元场变得紧密地束缚在金属条下方，而谐振频率由条宽度而不是光栅周期确定。我们的研究结果打开了大面积商用石墨烯共振太赫兹探测器的前景。
2018-12-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High intensity study of THz detectors based on field effect transistors
对于Si金属氧化物半导体场效应晶体管和InGaAs高电子迁移率晶体管，研究了在0.1 ~ 3 THz的频率下，入射辐射功率密度高达100 kW/cm^2时，场效应晶体管光响应的太赫兹功率依赖性。在kW/cm ^2范围内，光响应随辐射功率的增加而线性增加。对于所有研究的场效应晶体管，当光强超过几kW/cm ^2时，都观察到光响应饱和。所观察到的信号饱和解释漏光电流饱和类似的直流输出特性的饱和。建立了太赫兹场效应晶体管高强度光响应的理论模型。该模型定量地解释了线性和非线性（饱和）范围内的实验数据。我们的结果表明，场效应晶体管的动态范围很高，可以扩展到六个数量级以上的功率密度（从0.5 mW/cm ^2到5 kW/cm ^2）。
2014-02-02 cond-mat.mes-hall
Ratchet effects induced by terahertz radiation in heterostructures with a lateral periodic potential
报道了在一维横向周期势作用下，太赫兹辐射在半导体异质结中诱导的光电流的观测结果。电势是通过在样品表面蚀刻光栅来产生的。电流响应是很好地描述了唯象理论，包括圆形和线性光电流效应。实验数据表明，通过电子束光刻可以改变周期性横向图案的反转不对称性，以产生经典的横向棘轮。一种新的微观机制的偏振相关的光电流效应已被提出来解释的实验结果。光电流的产生是基于横向周期势和调制面内泵浦的共同作用。后一种调制源于通过光栅传播的辐射的近场效应。
2008-08-14 cond-mat.mes-hall
Nonlinear intensity dependence of ratchet currents induced by terahertz laser radiation in bilayer graphene with asymmetric periodic grating gates
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；CENTERA Laboratories, Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所 CENTERA 实验室）；Ioffe Institute（约费研究所）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
研究双层石墨烯中非线性强度依赖的射频电流，通过双格栅门结构实现，探讨了光电流的非线性特性及其与温度的关系，展示了其作为射频探测器的应用潜力。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Tunable terahertz radiation from graphene induced by moving electrons
基于由位于周期性介电光栅上的单个石墨烯层组成的结构，我们从理论上证明了在石墨烯层顶部移动的电子束团可以产生强烈的太赫兹（THz）辐射。基础物理学在于具有相当低的电子能量（$\sim$ 1 keV）的移动电子聚束可以有效地激发具有近场的强约束的THz频率的石墨烯等离子体（GP）的事实。对于那些满足相位匹配条件的GP，光栅可以将GP进一步散射到自由空间中。辐射图案可以通过改变移动电子的速度来控制。重要的是，辐射频率可以通过改变石墨烯层的费米能级来调谐，从而提供可以覆盖宽频率范围的可调谐THz辐射。我们的研究结果可以为开发基于石墨烯的可调谐和微型THz辐射源铺平道路。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall
High-efficiency spontaneous terahertz emission from electrically-excited plasmons in AlGaN/GaN two-dimensional electron gas
太赫兹科学技术的进步还有待于室温下高效率、高功率固态太赫兹光源的突破。二维电子气中的等离子体激元是一种很有前途的太赫兹辐射源有源介质。然而，还没有实现足以用于高功率操作的高壁插效率。在这里，我们报告的自发太赫兹发射可调的频率范围从0.3至2.5太赫兹通过电激发等离子体或等离子体极化激元模式在光栅栅耦合AlGaN/GAN 2DEG在7 K。通过调节光栅栅和2DEG之间的隧穿电子的能量（4.5 eV到0.5 eV），发现了从$10^{-6}$到$10^{-1}$的壁插效率。总发射功率虽然低于15 nW，但已经可以通过使用基于相同类型的2DEG的直接太赫兹场效应晶体管检测器来检测。研究结果表明，适当注入低能量、高电流密度的隧穿电子，可以获得高效率、高功率的太赫兹等离子体激元-极化激元发射。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall
Terahertz photoconductivity in bilayer graphene transistors: evidence for tunneling at gate-induced junctions
新型材料的光电导性是设计光电探测器、光调制器和光开关的关键特性。尽管大多数新型二维材料的光电导性已经在理论和实验上得到了研究，但对于大多数电子器件所必需的二维pn结来说，情况并非如此。本文研究了具有电诱导pn结的带隙双层石墨烯的亚太赫兹光电导特性。在低温T ~ 20 K范围内，结对电阻、温阻系数和光阻率有很强的正贡献。这些数量从结的贡献超过强烈的体值均匀的沟道掺杂，即使在小的带隙~ 10毫电子伏。我们进一步表明，正结光阻是带间隧穿的标志，而不是带内电子传导。我们的研究结果指出了基于双层石墨烯创建各种带间隧穿器件的可能性，包括陡峭开关晶体管和选择性传感器。
2022-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
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
Room Temperature Amplification of Terahertz Radiation by Grating-Gate Graphene Structures
我们报告太赫兹（THz）辐射通过光栅栅石墨烯沟道晶体管纳米结构传输的实验研究，并证明了室温THz辐射放大电流驱动的等离子体激元激发。具体地说，随着直流电（dc）下的周期性电荷密度调制的增加，我们观察到一个强烈的太赫兹等离子体共振吸收的红移，其完全漂白，其次是放大和蓝移的共振等离子体频率。我们的研究结果是，据我们所知，第一次实验观察到的能量转移从直流电流等离子体激元导致太赫兹放大。我们提出了一个简单的模型，允许所观察到的放大现象的唯象描述。该模型表明，在直流电流存在下，辐射诱导耗散修正对载流子密度太赫兹振荡和漂移速度之间的相移敏感，并随着电流的增加而变为负值，导致放大。本工作的实验结果都是在室温下获得的，为新型的基于二维等离子体激元的电压可调太赫兹辐射放大器铺平了道路。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Hydrodynamical study of Terahertz emission in magnetized graphene field-effect transistors
近年来，石墨烯中电荷输运的几种流体动力学描述已经被提出。我们讨论了一个一般的流体动力学模型，在慢漂移制度的磁化场效应晶体管中的二维电子气的动力学。Dyakonov-Shur不稳定性的研究包括弱磁场（即远离朗道能级）的影响。我们表明，色散关系的差距，防止不稳定性达到较低的频率，从而施加限制的电子流的马赫数。此外，我们讨论了外部磁场的存在降低了不稳定性的增长率，以及饱和振幅。我们的模拟和高阶动态模式分解的数值结果支持这样的推理。
2021-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph
Optical excitation of surface plasmons and terahertz emission from metals
提出了飞秒激光脉冲作用下金属光栅产生太赫兹辐射的微观理论。与以前的模型相比，只考虑金属内部的低频电流，而不考虑电子发射。所提出的模型是基于等离子体增强的热效应，并解释了光到太赫兹转换的谐振特性，给出了充分的估计的完整的信号能量。数值模拟再现了特定的实验特征，如太赫兹响应的延迟特性和当光栅深度太大时的低转换效率。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Circular and linear magnetic quantum ratchet effects in dual-grating-gate CdTe-based nanostructures
本文报道了在太赫兹波段由交变电场引起的极化敏感磁量子棘轮效应的观测和系统研究。在具有叉指双栅横向超晶格的（Cd，Mn）Te基量子阱结构中检测到了这种效应。连续太赫兹激光辐射激发的直流电流在零磁场下表现出比光电流大得多的1/B周期振荡。施加到DGG的各个光栅栅极的栅极电压的变化使我们能够以可控的方式改变横向不对称的程度和符号。数据表明，光电流反映了由不同的栅极电位引起的横向不对称的程度。我们表明，磁棘轮光电流包括塞贝克热棘轮效应以及“线性”和“圆形”棘轮，这是敏感的驱动电磁力的相应的极化的影响。在半经典方法的框架下进行的理论分析，并考虑到朗道量子化描述的实验结果很好。
2017-10-16 cond-mat.mes-hall
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
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 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
Extreme Terahertz Nonlinearity of AlGaN/GaN-based Grating-Gate Plasmonic Crystals
该研究提出利用光栅门等离激元晶体共振激发二维等离激元以增强太赫兹非线性，通过泵浦-探测技术观测到高达45%的相对透过率及超快弛豫，并建立非线性模型揭示机制，证明AlGaN/GaN在超快THz调制中具巨大潜力。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Noncentrosymmetric plasmon modes and giant terahertz photocurrent in a two-dimensional plasmonic crystal
本文介绍并理论研究了平面非中心对称等离子体晶体中的等离子体光电流效应。等离子体激元光电流直流电流的产生是由于二维电子拖曳的非中心对称的等离子体激元模式下激发的太赫兹辐射的正常入射。我们发现，集体等离子体激元模式的平面等离子体激元晶体成为强烈的非中心对称的弱耦合制度的反交叉。大的等离子体波矢量（其通常比太赫兹光子波矢量大两到三个数量级）以及等离子体共振处的强近场增强使得等离子体拖曳与在常规二维电子系统中观察到的光子拖曳相比具有强得多的效应。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Thin InSb layers with metallic gratings: a novel platform for spectrally-selective THz plasmonic sensing
我们提出了一种基于微米薄InSb层的光栅耦合等离子体结构的太赫兹光学特性的计算研究。我们发现两个强吸收共振，我们解释为常设表面等离子体模式，并调查其色散关系，对InSb厚度的依赖，和空间分布的电场。所观察到的表面等离子体模式很好地描述了一个简单的理论的空气/InSb/空气三层。光栅/InSb结构的等离子体激元响应对电介质环境和分析物（例如，乳糖）在InSb界面，这是有前途的太赫兹等离子体传感器的应用。我们确定的传感器灵敏度为7200 nm每折射率单位（或0.06太赫兹每折射率单位）。下表面等离子体激元模式也表现出分裂时，在1.37太赫兹的乳糖的振动模式的共振调谐。我们建议，表面等离子体激元和振动模式之间的这种相互作用可以用作一种新的传感模式，允许检测太赫兹振动指纹的分析物的基础。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modulation of a surface plasmon-polariton resonance by sub-terahertz diffracted coherent phonons
相干亚太赫兹声子入射到沉积在电介质衬底上的金光栅上经历衍射，从而引起表面等离子体激元-极化激元共振的改变。这导致在等离子体激元-极化激元共振附近的可见光的结构的反射率的有效高频调制（高达110 GHz）。通过设计提供等离子体极化激元和声子共振的周期性纳米结构来实现高调制效率。我们的理论分析表明，等离子体激元极化激元共振的动态变化是由光栅内的高阶声子共振频率的狭缝宽度的调制。
2012-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inducing an Incipient Terahertz Finite Plasmonic Crystal in Coupled Two Dimensional Plasmonic Cavities
我们测量了太赫兹电磁波照射晶体管时，天线耦合的多栅极GaAs/AlGaAs场效应晶体管的电流传输的变化，并将这种变化归因于二维电子通道中电子的热辐射加热。所观察到的太赫兹吸收光谱表明在相邻偏置器件栅极下激发的等离子体激元之间的相干性。实验结果同意定量与我们开发的理论模型是基于广义等离子体传输线形式主义，并描述了从均匀的晶体极限的电子密度调制增加的等离子体光谱的演变。这些结果表明，电子诱导和动态可调的等离子体能带结构。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
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
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
Coulomb electron drag mechanism of terahertz plasma instability in n+-i-n-n+ graphene FETs with ballistic injection
我们预测了横向n+-i-n-n+$石墨烯场效应晶体管（G-FET）中由于等离子体不稳定性引起的太赫兹（THz）振荡的自激发。这种不稳定性与注入的弹道电子对栅控沟道中准平衡电子的库仑拖曳有关，导致放大的拖曳电子电流和注入电流之间的正反馈。当拖曳效应足够强时，等离子体激发出现。拖曳效率和等离子体频率由准平衡电子费米能量（即，其密度）。太赫兹等离子体振荡自激发的条件可以在室温下实现具有现实结构参数的G-FET中，使得潜在的基于G-FET的辐射源能够用于太赫兹应用。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall
High performance bilayer-graphene Terahertz detectors
我们报告了基于等离子体波激发的双层石墨烯场效应晶体管作为THz宽带光电探测器。通过采用宽栅结构或埋栅结构，我们实现了在0.29-0.38 THz范围内的响应度$\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
Graphene nanoelectromechanical resonators for detection of modulated terahertz radiation
提出并分析了基于石墨烯机械浮栅场效应晶体管的调制太赫兹辐射探测器。入射辐射的太赫兹分量在石墨烯层（GLs）中诱导等离子体振荡的共振激发。GL之间的有质动力的整流分量引起顶部GL的谐振机械摆动，导致漏极电流振荡。为了估计器件的响应度，我们求解了石墨烯中控制等离子体波响应的电子和空穴的流体动力学方程，以及描述石墨烯膜振荡的方程。组合的等离子体机械共振将电流幅度提高了四个数量级。使用石墨烯作为弹性栅极和导电沟道的材料允许在宽范围内对两个谐振频率进行电压调谐。
2014-06-09 cond-mat.mes-hall
Rattling motion of a single atom in a fullerene cage molecule sensed by terahertz spectroscopy
随着内嵌金属富勒烯（EMF）超原子态的发现，由于超原子的超快运动改变了富勒烯笼中的电荷分布，使得超原子的性质变得引人注目。然而，观察富勒烯笼中的超快原子运动是非常具有挑战性的，因为动力学过程发生在太赫兹（THz）频率范围内的皮米区域。在这里，我们报告的太赫兹光谱的单一Ce@C82 EMF分子通过使用单分子晶体管的几何形状。由于振动子辅助隧穿过程，在THz光谱中观察到两个宽的光电流峰，并归因于封装的单个Ce原子的弯曲和拉伸运动。这项工作表明，使用纳米间隙电极的THz光谱可以检测单个原子的运动，为皮米级的超快THz纳米科学打开了大门。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall
S-shaped current-voltage characteristics of n+-i-n-n+ graphene field-effect transistors due the Coulomb drag of quasi-equilibrium electrons by ballistic electrons
我们证明了弹道电子注入到横向n $^+$ -i-n-n $^+$石墨烯场效应晶体管（G-FET）中的二维电子等离子体中可能会导致由于线性电子色散系统中的伽利略和洛伦兹不变性的破坏而导致的准平衡电子的大量库仑拖曳。这种效应可以导致S形的电流-电压特性（IV）。所得到的负微分电导率实现了可以用于实现电压开关器件的磁滞效应和电流抑制。由于IV的强非线性，G-FET可以用于有效的频率倍增和太赫兹辐射的检测。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Photocurrent-based detection of Terahertz radiation in graphene
石墨烯是开发太赫兹（THz）辐射探测器的一种有前途的候选材料。Dyakonov和Shur的一种众所周知的检测方案利用了场效应晶体管（FET）中等离子体波的限制，由此响应于THz场生成直流光电压。该方案已经在石墨烯FET中进行了实验研究[L. Vicarelli等人，自然垫11，865（2012）]。在寻求具有更好的信噪比的器件时，我们从理论上研究了在石墨烯FET中产生直流光电流的等离子体波光电探测器。当入射辐射的频率与FET通道中等离子体波的基频的偶数倍相匹配时，整流电流的特征是符号的特殊变化。我们的设备的单位带宽的噪声等效功率被证明是远远小于Dyakonov-Shur检测器在一个宽的光谱范围。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall
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
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
