Cooling of photoexcited carriers in graphene by internal and substrate phonons
我们研究了热载流子的能量弛豫石墨烯的光激发通过耦合到本征和远程（衬底）的表面极性声子使用玻尔兹曼方程的方法。我们发现，在常用的极性衬底上的石墨烯中的热光生载流子的能量弛豫，在大多数情况下，是由远程表面极性声子。我们还计算了能量弛豫过程的关键特性，如瞬态冷却时间和稳态载流子温度和光载流子密度，它们分别决定了热电和光伏光响应。衬底工程可以是一个有前途的路线，以有效的光电子器件驱动的热载流子动力学。
2012-08-14 cond-mat.mes-hall
Sensitive detection of photoexcited carriers by resonant tunneling through a single quantum dot
我们表明，通过一个单一的能级的一个单独的量子点内的点的合奏共振隧道电流是强烈敏感的光激发空穴，成为约束在附近的点。这些空穴的存在降低了量子点状态的静电能，并以高开/关比（> 50）将载流通道从完全打开切换到完全关闭。该器件可以通过偏置电压脉冲复位。这些特性对于电荷敏感光子计数装置是有意义的。
2009-07-09 cond-mat.mes-hall
Terahertz radiation from accelerating charge carriers in graphene under ultrafast photoexcitation
我们研究了直流电场作用下石墨烯中超快光激发载流子的加速产生太赫兹辐射。我们的模型是基于计算的瞬态电流密度从依赖于时间的分布函数，这是确定使用玻尔兹曼输运方程内的弛豫时间近似。我们包括与时间相关的产生的载流子的泵浦脉冲通过求解的载流子产生率使用布洛赫方程的旋转波近似（RWA）。线性偏振泵浦脉冲在$k_x-k_y$平面中产生光激发载流子的各向异性分布。玻尔兹曼方程中的碰撞积分包括通过载流子-载流子散射导致载流子的\textit{thermalization}到晶格温度以上的有效温度的项，以及通过非弹性载流子-声子散射导致能量弛豫的\textit{cooling}项。辐射信号与瞬态电流密度的时间导数成比例。尽管石墨烯中的所有载流子的速度的大小是相同的，但是由于光激发载流子在外部电场中的速度的\textit{direction}以及光激发载流子的速度的\textit{cooling}在亚皮秒时间尺度上的变化，仍然存在来自光激发载流子的具有THz范围内的频率分量的发射辐射。
2016-07-08 cond-mat.mes-hall
Resonant optical cooling of nuclear spins in case of strong Knight field of photoexcited electrons
St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
研究通过偏极化电荷载流子在调制偏振光泵浦下对半导体核自旋系统进行共振冷却，发现强Knight场可显著改变电荷载流子自旋极化磁场依赖性，实验表现为Hanle效应。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall
Relativistic Drude Response of Photoexcited Dirac Quasiparticles in Graphene
石墨烯是一种以六边形图案排列的单层碳原子，提供了一种独特的二维（2D）系统，表现出奇异的现象，如量子霍尔效应，无质量狄拉克准粒子激发和普遍的吸收和导电性。石墨烯中的线性能量-动量色散关系也提供了模拟遥远的相对论性粒子（如中子星和白矮星）物理学的机会。在这封信中，我们进行了一个违反直觉的超快泵浦探测实验与高光子能量隔离德鲁德样带内动力学的光激发载流子。我们直接证明了光激发狄拉克准粒子的相对论性质，通过观察与光激发载流子密度的响应的非线性标度。这与通常在常规材料中观察到的线性缩放形成鲜明对比。我们的研究结果还表明，在石墨烯强的电子-声子耦合，导致一个亚100飞秒热化之间的高能量光激发载流子和光学声子。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall
Temperature dependent dynamics of photoexcited carriers of Si2Te3 nanowires
我们报告的光激发载流子在Si2Te3纳米线在不同的温度和激发功率的动力学的光学研究。以金为催化剂，采用化学气相沉积法在硅衬底上制备了Si2Te3纳米线。在低温和室温下，Si_2Te_3纳米线的光致发光光谱主要由与缺陷和表面态相关的发射主导。我们观察到光激发载流子的衰减时间在低温下很长（> 10 ns），在室温下变短（< 2 ns）。此外，载流子衰减时间在高激发速率下变得更快。光激发载流子衰减速率的加速表明在高温和高激发功率下的热猝灭以及非辐射复合。我们的研究结果已经定量阐明了对理解和控制Si2Te3纳米结构中的电子态的光电应用是重要的衰变机制。
2018-08-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface Recombination Limited Lifetimes of Photoexcited Carriers in Few-Layer Transition Metal Dichalcogenide MoS2
利用非简并超快光抽运探测技术研究了少层过渡金属二硫属化物MoS_2的光激发载流子寿命。我们的研究结果表明，在样品中的层数的载流子寿命急剧增加。载流子寿命从单层样品中的几十皮秒增加到10层样品中的一纳秒以上。发现载流子寿命的倒数根据载流子存在于表面层处的概率而缩放，如由可以被视为量子阱的几层样品中的载流子波函数所给出的。载流子寿命在很大程度上与温度无关，载流子寿命的倒数与光激发载流子密度成线性关系。这些观察结果与缺陷辅助的载流子复合是一致的，其中缺陷通过俄歇散射捕获电子和空穴。我们的研究结果表明，载流子寿命在几层样品的表面复合有限，由于更大的缺陷密度在表面层相比，内层。
2015-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of photoexcited carriers in graphene
通过求解包含载流子-声子和载流子-载流子库仑散射的微观动力学方程，研究了石墨烯中载流子和声子的非平衡动力学行为.热载流子的费米分布被发现建立在100 fs内和电子的温度在导带和价带是非常接近彼此，即使当激发密度和平衡密度是可比的，由于强烈的带间库仑散射。此外，从我们的计算得到的差分传输的时间演化与王等人的实验一致。96，081917（2010）]和Hale等人[Phys.Rev.B83，121404（2011）]中的方法，其中提出了两个不同的差分传输弛豫。结果表明，快弛豫是由于载流子声子的快速热化，慢弛豫主要是由于热声子的慢衰减。此外，还发现不同分支中的热声子温度不同，热载流子的温度甚至可以低于最热声子的温度。最后，我们表明，慢弛豫速率表现出一个温和的谷的激发密度依赖性和线性依赖于探测光子能量。
2011-12-28 cond-mat.mes-hall
Evidence for Extraction of Photoexcited Hot Carriers from Graphene
我们报告的非平衡热载流子提取石墨烯的栅极依赖的光电流研究的证据。与连续波激光激发相比，飞秒脉冲激光激发的扫描光电流表现出不寻常的门依赖性。功率依赖性研究进一步证实，在金属/石墨烯接触处提取的光载流子是非平衡热载流子。热载流子提取被发现是最有效的狄拉克点附近的载流子寿命达到最大。这些观测结果不仅为石墨烯的热载流子提取提供了证据，而且为石墨烯基热载流子光电子学的发展打开了大门。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot carrier dynamics and electron-optical phonon coupling in photoexcited graphene via time-resolved ultrabroadband terahertz spectroscopy
电子-电子相互作用是量子场论中狄拉克费米子对数重整化的重要来源。在热载流子和声子动力学中起着重要作用的电子-光学声子耦合（EPC）的重整化在石墨烯发现后得到了广泛的讨论。基于Boltzmann输运方程和综合温度模型，利用时间分辨超宽带太赫兹（THz）光谱技术结合数值模拟，研究了热载流子动力学和EPC强度.在高泵浦能量密度下，THz电导谱出现了较大的负光电导和非Drude行为，这是由热载流子分布和散射率随时间的变化引起的。通过对THz电导率谱和瞬态THz反射率随时间演化的拟合，我们成功地估计了$A_1^{\prime}$光学声子模在$\mathbf{K}$点附近的无量纲EPC矩阵元为$λ_{\mathbf{K}} \approx$ 0. 09，比重整化群的预测值稍大.
2021-07-05 cond-mat.mes-hall
Intrinsic and extrinsic effects on intraband optical conductivity of hot carriers in photoexcited graphene
基于半经典玻尔兹曼输运方程（BTE），对光激发石墨烯中准平衡态热载流子的带内光学电导进行了数值研究，旨在了解石墨烯-衬底界面处带电杂质引起的本征光学声子和非本征库仑散射的影响.而不是使用完整的BTE解决方案，我们采用迭代解决方案的BTE和全面的模型的时间演变的热载流子温度和热光学声子职业，以减少计算成本。未掺杂的石墨烯由于热激发载流子的增加和带电杂质散射的减少而表现出大的正光电导。具有高浓度带电杂质的未掺杂石墨烯中的光电导的频率依赖性显著偏离在简单Drude模型中观察到的那些，这可以归因于在热载流子冷却过程中的太赫兹（THz）探测期间随时间变化的带电杂质散射。重掺杂的石墨烯表现出类似于Drude模型的小的负光电导性。在这种情况下，带电杂质散射基本上被抑制的载流子屏蔽效应，和温度依赖性的德鲁德重量和光学声子散射支配的负光电导。在轻掺杂的石墨烯中，负和正光电导的出现取决于频率，并且从负光电导到正光电导的交叉从增加带电杂质浓度出现。这表明主要的散射机制从光学声子到带电杂质的变化。我们的方法提供了一个定量的了解非德鲁德行为和时间演变的光电导石墨烯。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall
Spin Inertia of Resident and Photoexcited Carriers in Singly-Charged Quantum Dots
利用具有交替螺旋度的圆偏振光激发，可以研究大范围系统中的自旋动力学。自旋极化对螺旋度交替频率的依赖性，即自旋惯性效应，被用来研究单电荷（In，Ga）As/GaAs量子点中的自旋动力学，从而深入了解自旋的产生和积累过程.我们证明了$n$和$p$型量子点的自旋极化对外部磁场的依赖性分别具有特征性的V和M形状。这种差异与载流子自旋取向的微观机制不同有关。它使我们能够确定自旋动力学参数的基态和激发态的单电荷量子点。
2018-08-27 cond-mat.mes-hall
Valley separation of photoexcited carriers in bilayer graphene
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）
通过考虑三角翘曲引起的低能带结构强各向异性，理论预测无带隙和带隙双层石墨烯中光激发载流子在不同谷间分离，并提出了基于线性偏振光增强谷极化和圆偏振光检测谷极化的光学谷霍尔效应。
2026-05-29 cond-mat.mes-hall
Generation and transport of photoexcited electrons in single-crystal diamond
我们报告的时间相关的光电流和运输测量的亚带隙光激发载流子在富氮（Ib型），单晶金刚石。瞬态载流子动力学的特征在于具有约3小时的长电荷存储寿命的俘获传导。通过测量光激发的霍尔效应，我们确认，电荷载流子是电子，并通过改变激发能，我们观察到一个强大的打开在光电导在~1.9 eV。这些发现揭示了氮掺杂单晶金刚石中的亚带隙态。
2009-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of photoexcited carriers in graphene
描述了在中红外或可见光区超短聚焦激光脉冲激发下，本征石墨烯中电子空穴对的扩散过程，并讨论了载流子分布在钝化区的峰状或扩散情况.对高频探测光束的时空瞬态光学响应似乎强烈依赖于扩散制度，并可用于验证的弹性弛豫机制。由于载流子诱导贡献和未掺杂石墨烯的弱动态电导率的相互作用，发生微分透射系数的符号翻转。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot Carrier Dynamics in Photoexcited Gold Nanostructures: Role of Interband Excitations and Evidence for Ballistic Transport
利用金属纳米结构中的短寿命光激发电子-空穴对有可能定义光电子学的新阶段，从而能够控制用于光捕获、光检测和光致发光的非热机制。然而，到目前为止，这些光激发载流子的时空动力学和运输仅定性表征。等离子体激元激发已被广泛视为产生非热热载流子的有效机制。尽管有许多实验，结论性的证据阐明和量化的热载流子产生，运输和注入的全部动力学尚未报道。在这里，我们结合实验测量与耦合的第一性原理电子结构理论和玻尔兹曼输运计算提供前所未有的洞察内部量子效率，因此内部物理，热载流子在光激发金（Au）-氮化镓（GAN）纳米结构。我们的研究结果表明，在20 nm厚的Au纳米结构中产生的光激发电子冲击弹道上的Au-GaN界面。这一发现表明，热载流子的能量可以从金属纳米结构中利用，而不会通过热化而产生大量损失。测量和计算还揭示了金属能带结构在等离子体纳米天线的带间阈值以上的能量下的热载流子产生中的重要作用。综上所述，我们的研究结果推进了对现实尺度的金属纳米结构中的激发载流子动力学的理解，并为设计在弹道机制中操作的新型光电子器件奠定了基础。
2017-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Femtosecond Photoexcited Carrier Dynamics in Reduced Graphene Oxide Suspensions and Films
我们报告了飞秒光激发载流子在单层还原氧化石墨烯片悬浮在水中，以及几层厚的膜沉积在铟锡氧化物涂层玻璃板使用泵浦-探测差分透射光谱在790 nm的超快响应。载流子弛豫动力学有三个组成部分：~200 fs，1至2 ps和~25 ps，所有这些都与泵浦能量密度无关。可以看出，分配给热光学声子的寿命的第二分量（1至2 ps）对于悬浮液中的石墨烯较大，而另外两个时间常数对于悬浮液和膜两者是相同的。三阶非线性极化率的值估计从泵探测实验获得的悬浮液的开孔Z扫描结果进行了比较。
2011-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Mn doping on ultrafast carrier dynamics in thin films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率（TR）测量在激光光子能量1.51 eV的间接表面间耦合拓扑绝缘体Bi 2-xMnxSe 3薄膜（12 nm厚）揭示了很强的依赖性的上升时间和初始衰减时间常数的光激发载流子密度和Mn含量。在未掺杂的样品（x = 0），这些时间常数是完全由电子-电子和电子-声子散射，分别，而在薄膜与x = 0.013 - 0.27超快载流子动力学完全控制由光激发电子捕获离子化Mn 2+受体和它们的二聚体。当x = 0.27时，薄膜的最短衰减时间（~0.75 ps）表明Mn掺杂的Bi 2Se 3薄膜在高速光电子器件中具有很大的应用潜力。使用拉曼光谱利用类似的激光光子能量（1.58 eV），我们表明，由于间接的膜间耦合，光激发电子捕获在散装增强狄拉克表面态的电子-声子相互作用强度。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
Dynamic ferromagnetic proximity effect in photoexcited semiconductors
本文从理论上讨论了半导体中与铁磁体接触的光激发载流子的自旋动力学，并与含时法拉第旋转实验进行了比较。系统的长时间响应被发现是由第一个几十皮秒，其中激发的等离子体强烈地与半导体和铁磁体之间的本征界面的相互作用，尽管在平衡的肖特基势垒的存在。
2003-10-02 cond-mat.mes-hall
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies
对于石墨烯的许多设想的光电应用来说，理解光激发后的亚皮秒载流子动力学以及对电导率的影响-光电导性是至关重要的。虽然这些主题已经使用各种超快实验和理论方法进行了研究，但关于光电导性的符号，额外电子-空穴对的产生和意义，特别是相关过程如何依赖于费米能量，已经提出了有争议和不完整的解释。在这里，我们提出了一个统一的和直观的物理图片的超快载流子动力学和光电导，结合光泵太赫兹探测测量的门可调石墨烯器件，使用玻尔兹曼方程的数值计算。我们区分两种类型的超快光致载流子加热过程：在低（平衡）费米能量（$E_{\rm F} \lesssim$ 0.1 eV的我们的实验）加宽的载流子分布涉及带间跃迁-带间加热。在更高的费米能量（$E_{\rm F} \gtrsim$ 0.15 eV）下，载流子分布的加宽涉及带内跃迁-带内加热。在某些条件下，对于低$E_{\rm F}$，可以产生附加的电子-空穴对（载流子倍增），而对于较高的$E_{\rm F}$，可以产生热载流子（热载流子倍增）。对于低（高）$E_{\rm F}$，所得光电导为正（负），这源于加热载流子分布对杂质屏蔽的影响，与主要由于杂质散射的DC电导率一致。这些见解的重要性突出的石墨烯光电探测器应用的影响的讨论。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall
Competing Ultrafast Energy Relaxation Pathways in Photoexcited Graphene
对于石墨烯的大多数光电应用，彻底理解光激发载流子的能量弛豫过程是必不可少的。石墨烯中的超快能量弛豫通过两种相互竞争的途径发生：载流子-载流子散射（产生升高的载流子温度）和光学声子发射。目前，还不清楚是什么决定了主要的弛豫途径。在这里，我们达到了一个统一的图片的超快能量弛豫的太赫兹光电导，而变化的费米能量，光子能量，并在很宽的范围内的注量。我们发现，足够低的能量密度（$\lesssim$ 4 $μ$ J/cm $^2$）与足够高的费米能（$\gtrsim$ 0.1 eV）一起引起能量弛豫，主要由载流子-载流子散射，这导致有效的载流子加热。在增加注量或降低费米能量时，载流子加热效率降低，这可能是由于能量弛豫越来越多地由声子发射主导。通过载流子-载流子散射的载流子加热解释了在太赫兹频率下观察到的掺杂石墨烯的负光电导性。我们提出了一个简单的模型，再现了广泛的费米能级和激发能的数据，并使我们能够定性地评估两个不同的弛豫途径之间的分支比取决于激发通量和费米能量。
2014-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Relaxation Dynamics of Photoexcited Dirac Fermion in The Three Dimensional Dirac Semimetal Cadmium Arsenide
三维狄拉克半金属作为石墨烯的三维类似物，近年来引起了人们极大的研究兴趣。为了将这些超高迁移率材料应用于未来的电子/光电子器件，理解光激发载流子的弛豫动力学及其与晶格的耦合是至关重要的。在这项工作中，我们报告超快瞬态反射测量的光激发载流子动力学的砷化镉（Cd 3As 2），这是一个最稳定的狄拉克半金属，已被实验证实。通过使用0.3eV的低能探测光子，我们探测了接近狄拉克点的类狄拉克-费米光激发载流子的动力学。通过调节探测波长、泵浦功率和晶格温度，系统地研究了不同掺杂强度的块体和纳米片样品的瞬态反射，发现利用双温度模型可以定性地反演载流子分布的动态演化。这一结果与石墨烯的结果非常相似，但由于Cd 3As 2中的光学声子能量远低于石墨烯中的光学声子能量，因此通过光学声子耦合的载流子冷却较慢，并且在较大的电子温度范围内持续。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of suppressed terahertz absorption in photoexcited graphene
当光被半导体吸收时，由于带内跃迁，光激发的载流子增强了对远红外辐射的吸收。我们在单层石墨烯中观察到相反的行为，石墨烯是一种具有线性色散的零能隙半导体。通过使用时域太赫兹（THz）光谱结合光泵浦激发，我们观察到光激发石墨烯的太赫兹辐射的吸收减少。测得的微分电导率的光谱形状表现出非德鲁德行为。我们讨论了几种可能的机制，有助于观察到的低频非平衡光学响应的石墨烯。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall
Ultrafast terahertz conductivity in epitaxial graphene nanoribbons: an interplay between photoexcited and secondary hot carriers
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究发现石墨烯窄带中光电导性随泵浦能量变化呈现非单调特性，由光激发载流子与二次热载流子的相互作用主导。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiphoton-pumped UV-Vis transient absorption spectroscopy of 2D materials: basic concepts and recent applications
本文综述多光子泵浦紫外-可见瞬态吸收光谱的原理与应用，用以揭示强场下二维材料界面调控的光激发载流子超快动力学。
2024-06-16 cond-mat.mes-hall
Ring-shaped spatial pattern of exciton luminescence formed due to the hot carrier transport in a locally photoexcited electron-hole bilayer
本文对GaAs/AlGaAs双量子阱中激子发光的环形图案的形成给出了一致的解释。该图案由围绕激光激发光斑的两个同心环组成。结果表明，发光环的出现是由于热载流子在高激发强度下的层内输运。有趣的是，这种输运的两个原因之一可能涉及自组织临界性（SOC），这将是半导体物理学中SOC观测的第一个案例。我们在多体数值模型中进行了广泛的分子动力学模拟来测试这一原因。计算结果与实验结果吻合较好。此外，模拟使我们能够确定这两个发光环形成的特定动力学过程。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Photo-excitation Cascade and Multiple Carrier Generation in Graphene
光到自由电子-空穴对的转换是光探测和光电子学领域的关键过程。该过程的效率取决于不同弛豫路径的竞争，并且当光激发载流子不以热的形式损失能量，而是通过载流子-载流子散射过程将其多余的能量转移到额外的电子-空穴对的产生中时，该过程的效率可以大大提高。在这里，我们使用光泵浦-太赫兹探测测量来表明，在石墨烯中，载流子-载流子散射是前所未有的有效的，并且主导了光激发载流子的超快能量弛豫，在宽范围的光子波长中优于光学声子发射。我们的研究结果表明，这将导致二次热电子的产生，起源于导带。由于石墨烯中的热电子可以驱动电流，多个热载流子的产生使石墨烯成为一种有前途的材料，用于将光能高效宽带提取到电子自由度中，从而实现高效的光电应用。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall
Spatial trends of non-collinear exchange coupling mediated by itinerant carriers with different Fermi surfaces
本文用解析和数值方法研究了具有自旋轨道相互作用的巡游载流子介导的交换耦合。介导的交换耦合是非共线的，它的空间趋势取决于费米表面的巡回运营商的拓扑结构。以Rashba相互作用为例，交换耦合与常规Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida类型的弱耦合相似。另一方面，在强耦合中，螺旋相互作用占主导地位。此外，包含有限自旋弛豫总是使非共线螺旋交换相互作用占主导地位。我们的研究结果的潜在应用进行了解释和讨论。
2009-01-28 cond-mat.mes-hall
Anomalous Ultrafast Thermalization of Photoexcited Carriers in Two-Dimensional Materials Induced by Orbital Coupling
本研究利用实时含时密度泛函理论探究二维材料的载流子超快热化，发现PtTe₂因轨道耦合呈现反常高能尾部，据此提出PTE材料设计原则以优化光电探测器性能。
2025-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microscopic theory of ultrafast dynamics of carriers photoexcited by THz and near-infrared linearly-polarized laser pulses in graphene
通过求解微观动力学Bloch方程，研究了石墨烯中光激发载流子和非平衡声子的动力学行为。从激光场的泵浦和漂移效应以及相关的散射（包括库仑散射与动态屏蔽）明确包括在内。当抽运光子能量足够高时，漂移项的影响可以忽略不计，并且在所研究的线偏振激光脉冲中，在散射作用下建立了各向同性的热电子费米分布。然而，在具有低泵浦声子能量的情况下，漂移项是重要的，并且导致从电场到电子的净动量转移。由于这种净动量和占主导地位的库仑散射，漂移费米分布不同的静态电场下建立的被发现建立在几百飞秒。我们还表明，俄歇过程中只涉及密度矩阵的对角项的文献中调查的动态屏蔽是禁止的。然而，我们提出了一个俄歇过程涉及带间相干性，并表明它有助于载流子的动力学时，泵浦光子能量低。此外，还研究了线偏振光作用下动量各向异性分辨的热声子温度，揭示了其物理机制。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing Optical Transitions and Carrier Recombination Dynamics within the Bulk Band Structure of Bi2Se3
硒化铋（Bi 2 Se 3）是一种典型的三维拓扑绝缘体，其Dirac表面态已被广泛的理论和实验研究。然而，令人惊讶的是，人们对半导体体能带结构中电子和空穴的能量学和动力学知之甚少。我们使用中红外飞秒瞬态反射测量在一个厚的剥离的纳米片研究超快热化和复合动力学的光激发电子和空穴内的扩展体能带结构在很宽的能量范围内（0.3-1.2 eV）。在10 K的反射率光谱线型的理论建模表明，在一个密集的和冷的电子气体与费米能级位于最低导带的底部以上的电子和空穴的光激发。从第一和第二自旋轨道分裂价带的费米能级以上的最低导带最小值的直接光学跃迁被确定。由于光学声子发射和与冷电子气的散射，光激发载流子在几皮秒内迅速热化到晶格温度。在10 K和300 K时，少数载流子空穴与致密电子气复合的时间分别为150 ps和50 ps。这种知识的电子和空穴的相互作用的散装能带结构内提供了一个基础，了解这些国家如何动态相互作用的拓扑保护狄拉克表面状态。
2018-08-17 cond-mat.mes-hall
Diameter dependence of the temperature dynamics of hot carriers in photoexcited GaAsP nanowires
纳米线具有准一维结构，其结构和光电特性与薄膜纳米线不同。它们越薄，这些差异就越大，特别是在载流子-声子散射和热导率方面。在这项工作中，我们提出了飞秒瞬态吸收测量两种不同的直径，36和51 nm的GaAs 0.8P0.2纳米线。结果表明，较薄的纳米线比较厚的纳米线在更高的温度下维持更长时间的热载流子。我们解释的观察表明，在较薄的纳米线，建立一个热声子瓶颈比在较厚的纳米线更容易，因为增加的声子散射在NW侧壁，这有利于建立一个大的声子密度。在载流子弛豫过程期间发射的大量光学声子产生声学声子的非平衡群体，其在薄纳米线中传播效率较低。这使得可能的声-光声子上转换过程更容易，这缩短了LO声子寿命，导致载流子冷却的减慢。重要的观察，薄纳米线的载流子温度高于厚纳米线已经在开始的热载流子制度表明，声子介导的散射过程中的非热制度发挥了重要作用，至少在这里研究的载流子密度（8x 1018 - 4x 1019 cm-3）。我们的研究结果还表明，声子在晶体缺陷的边界散射是可以忽略不计相比，在NW侧壁的表面散射。
2021-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast transport mediated homogenization of photoexcited electrons governs the softening of the $A_\mathrm{1g}$ phonon in bismuth
为了确定热载流子的非热输运对凝聚态能量耗散的决定性作用，我们对Si（111）上外延生长的$7-197 \mathrm{nm}$厚Bi（111）薄膜进行了时间分辨宽带飞秒瞬态反射率测量。我们监测的傅立叶振幅和相干$A_\mathrm{1g}$声子模式的中心频率的行为作为入射能量密度，膜厚度，和探测波长的范围内的$580 -700 \mathrm{nm}$。光激发之后的频率红移被用作确定受激载流子的有效分布的鲁棒量，该受激载流子支配Bi中相干$A_\mathrm{1g}$声子的位移激发机制。对于Bi膜高达$50 \mathrm{nm}$厚度的均匀激发，由于超快运输的热电荷载流子被观察到，由载流子穿透深度的$60 \mathrm{nm}$独立的总沉积的激光能量的限制。
2022-05-05 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
Theory of photoexcited and thermionic emission across a two-dimensional graphene-semiconductor Schottky junction
本文研究了二维石墨烯-半导体肖特基结中的光生载流子输运。我们研究了激发能远低于半导体带隙的单色光的线性响应。该操作机制依赖于在连续照明和零偏压下从石墨烯到二维半导体的光电和电子发射。由于石墨烯中低能载流子的热化瓶颈，光电贡献被发现在近红外激发频率及以下占主导地位的光响应。延长的热化时间提供了一个有趣的机会，以促进绕过热化阶段的层间光生载流子传输。结果，总光响应度随着激发波长而快速增加，使得石墨烯-半导体结对于在电信频率下的光检测有吸引力。
2018-05-30 cond-mat.mes-hall
Hall effect driven by non-collinear magnetic polarons in diluted magnetic semiconductors
本文发展了稀磁半导体（DMS）中由非共线磁织构驱动的霍尔效应（拓扑霍尔效应- THE）理论。我们证明了载流子自旋轨道相互作用在束缚磁极化子（BMP）内部诱导了手性磁有序。非共线BMP的内部结构由自旋轨道耦合的类型控制，允许创建skyrmion-（Rashba）或antiskyrmion-样（Dresselhaus）配置。巡游载流子在极化子上的非对称散射导致了霍尔信号，这种信号存在于弱的外磁场和低温下。我们指出，DMS为基础的系统允许一个实验研究的载体自旋极化和非共线的磁性织构形状的依赖。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall
Observation of a phonon avalanche in highly photoexcited hybrid perovskite single crystals
在混合卤化铅钙钛矿中，光生电荷和离子自由度之间的耦合在限定载流子迁移率和寿命的固有极限中起着至关重要的作用。然而，这种基本相互作用的直接调查仍然具有挑战性，因为它的相关动力学发生在超短的空间和超快的时间尺度。在这里，我们揭示了强烈的光激发后，通过一个独特的组合超快电子衍射，时间分辨光电子能谱学，和时间相关的从头计算的CH 3 NH3 PbI 3单晶的耦合电子晶格动力学。我们观察到的热声子瓶颈效应，防止快速载流子弛豫的结构签名，我们发现了负责打破瓶颈的声子雪崩机制。雪崩涉及低能声子的集体发射-主要与有机子晶格相关-以再生方式进行，并与晶体表面光载流子的积累和限制相关。我们的研究结果表明，在混合钙钛矿载流子输运和空间限制的关键控制的电子-声子相互作用和他们的合理工程是相关的未来应用在光电子器件。
2020-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inelastic scattering and cooling of photoexcited electrons through coupling with acoustic, optic and surface polar optic phonons in graphene
Aligarh Muslim University（阿利加尔穆斯林大学）
声学、光学和表面极性光学声子是三种重要的固有和非固有声子模式，随着温度的升高，它们在衬底上越来越多地填充石墨烯;其与光激发的热载流子在均分制度中的耦合为电子-声子弛豫提供了重要的途径。本文从理论上研究了三种声子模在单层石墨烯中电子散射和冷却现象中的相对重要性，包括它们与超碰撞驱动功率损耗的比较，并在玻尔兹曼输运理论中得到了电子-声子散射率和冷却功率与能量关系的解析公式.所得到的解析解不仅与以前报道的数值积分形式所得到的散射率和冷却功率的结果很接近，而且还使我们能够导出冷却时间和热导的封闭形式的公式。泡利阻塞的重要作用，防止过渡到充满的能量状态也已阐明在估计的散射率和冷却功率密度的所有三种模式。所得到的公式提供了一个更好的洞察热电子现象的动力学给出了明确的看法，影响调查中的运输量的不同变量的相互作用。该公式也可以是潜在的有用的性能优化的运输量的数值优化方法，因为一阶和二阶导数很容易从这些公式推导。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall
Threshold of Terahertz Population Inversion and Negative Dynamic Conductivity in Graphene Under Pulse Photoexcitation
本文从理论上研究了太赫兹（THz）波段内本征石墨烯在近/中红外脉冲光激发下的粒子数反转和负动态电导率。当脉冲光子能量较低时，由于光激发载流子浓度与脉冲光子能量成反比以及较弱的载流子加热，粒子数反转和负动态电导率所需的阈值脉冲能量可以低几个数量级。我们还研究了动态电导率对动量弛豫时间的依赖关系。负动态电导率发生在高质量或低质量的石墨烯中，其中载流子在太赫兹频率下的Drude吸收很弱。
2012-10-29 cond-mat.mes-hall
Relaxation of optically excited carriers in graphene: Anomalous diffusion and Lévy flights
我们提出了一个理论分析的弛豫级联的光激发电子在石墨烯中存在RPA屏蔽的电子-电子相互作用。我们计算了高能量电子的弛豫速率和构成级联的无规行走的跳跃尺寸分布，该级联具有厚尾。我们发现，整个级联的统计描述的Lévy飞行常数漂移，而不是标准的漂移扩散的能量空间。Lévy飞行体现了级联时间中涨落的非平凡标度关系，这与Lévy过程的首次通过时间问题有关。此外，我们确定的瞬态差分传输的石墨烯的激光脉冲激发后，考虑到分数动力学的弛豫动力学。
2014-01-31 cond-mat.mes-hall
Magneto-electric photocurrent generated by direct inter-band transitions in InGaAs/InAlAs two-dimensional electron gas
本文报道了线偏振入射光激发InGaAs/InAlAs二维电子气时，通过带间直接跃迁产生的磁电光电流，该电流与面内磁场成正比，面内磁场使自旋相反的光激发载流子的速度不平衡，从而由自旋光电流产生电流。所观察到的光的偏振依赖性的电流解释微观考虑到在波矢量空间中的光激发载流子密度的各向异性。可以从测量的电流中提取自旋光电流，并且估计自旋光电流到电流的转换系数为$10^{-3}$ $\sim$ $10^{-2}$/特斯拉。
2010-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Quantum diffusion due to scattering non-locality in nanoscale semiconductors
鉴于其局域性，半经典或玻尔兹曼理论本质上无法描述超短时空尺度上的输运现象，为此，真正的量子输运方法是必不可少的。通过采用最近提出的密度矩阵模拟策略，我们将展示其在描述纳米半导体中的量子扩散现象的能力和灵活性。特别是，对于光激发半导体中载流子-载流子弛豫的情况，我们的分析将显示简化的失相模型在描述声子诱导的散射非局域性时的失败，指出这种限制对于准弹性耗散过程的情况特别严重。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall
Anisotropy of excitation and relaxation of photogenerated Dirac electrons in graphene
我们研究了外延多层石墨烯中载流子激发和弛豫的偏振依赖性。简并泵浦探测实验的时间分辨率为30 fs的泵浦脉冲偏振相对于探测脉冲的偏振的不同的旋转角度进行。发现泵浦诱导透射率与该角度有明显的相关性，反映了尽管能带结构是各向同性的，但泵浦诱导光生载流子在动量空间的占据具有很强的各向异性。在激发后的150 fs内，建立各向同性载流子分布。我们的观察意味着共线散射的主要作用，保持最初的光学产生的各向异性的载流子分布。实验是很好地描述了微观时间，动量和角度分辨建模，这使我们能够明确地识别非共线载波声子散射是主要的弛豫机制，产生的各向同性分布在第一个百fs光激发后。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Transition from Optically Excited to Intrinsic Spin Polarization in WSe$_2$
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道理工大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；University of West Bohemia（西波希米亚大学）；Augsburg University（奥格斯堡大学）
层状二维范德华材料，如过渡金属二硫属化物，在纳米自旋电子学和光电学应用中具有广阔的前景。利用它们的全部潜力需要理解光激发自旋和载流子的内在输运和动力学-特别是激发自旋极化和导带内在自旋织构之间的过渡。在这里，我们调查的自旋极化的散装WSe $_2$的导带使用静态和时间分辨的自旋分辨光电子能谱，辅以光电流计算。电子掺杂揭示了内在的自旋极化，而时间分辨测量跟踪激发自旋载流子的演变。我们发现谷间散射是自旋守恒的，自旋输运最初由光激发载流子控制，并在$\sim$ 150 fs后与本征导带极化对齐。
2025-05-30 cond-mat.mes-hall
Dielectric control of ultrafast carrier dynamics and transport in graphene
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University（乌得勒支大学德拜纳米科学研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2，西班牙高等科学研究委员会和巴塞罗那独立科学与技术基金会））；School of Physics and Astronomy, University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学学院）；Department of Applied Physics, TU Eindhoven（埃因霍温理工大学应用物理系）
研究通过调控石墨烯的介电环境，控制超快载流子动力学与输运，提升光电探测器性能。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall
Carrier Recombination and Generation Rates for Intravalley and Intervalley Phonon Scattering in Graphene
给出了石墨烯中谷内和谷间声子散射的电子-空穴产生率和复合率。在带中心（$Γ$点）附近的横向和纵向光学声子模（$E_{2g}$模）对谷内带间载流子散射有贡献。在区边缘（$K(K')$点），只有横向光学声子模式（$A'_{1}$ -模式）有助于显着的谷间带间散射的复合速率快于由于区中心声子。计算的复合时间范围从小于一皮秒到超过几百皮秒，是温度和电子和空穴密度的强函数。理论计算与实验测量的石墨烯中光激发载流子的复合率吻合得很好。
2009-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic view on the ultrafast photoluminescence from photo-excited graphene
我们提出了一个联合的理论和实验研究的超快光致发光的光激发石墨烯。基于微观理论，我们揭示了两种不同的机制背后发生的光致发光：除了众所周知的非相干贡献驱动的非平衡载流子占领，我们发现了一个相干的部分，光谱移动的激发能。在我们的实验中，我们第一次证明了预测的外观和相干光致发光的光谱位移。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of photo-excited carrier distribution from anisotropic to isotropic and isotropic photon absorption in graphene
飞秒时间分辨光谱使用400 nm泵浦和800 nm探测CVD生长的多层石墨烯提供了强有力的证据，为初始弛豫后的光激发载流子的各向同性分布。这种各向同性分布的指示是来自泵浦-探测测量的差分反射率（\DeltaR /R）和透射率（\DeltaT /T）的泵浦偏振独立性。与[arXiv. 1301.1743v3（2013）]，时间分辨光谱的这些泵浦偏振依赖性证实了光激发载流子分布随着载流子弛豫从各向异性到各向同性的演变。并且，石墨烯的吸光度对于面内和面外光场是相同的。无论载流子在动量空间中的分布如何，载流子填充效应对面内光场和离面光场的影响是一致的。石墨烯/石墨中ps动力学信号的符号反转不应与载流子直接相关。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Femtosecond tunneling spectroscopy of ultrafast band bending dynamics at the atomic limit
Department of Physics and Astronomy, Michigan State University（密歇根州立大学物理与天文学系）
通过THz-STM研究光激发载流子在原子尺度上的超快运动，揭示了表面缺陷附近电子态能量对齐的动态变化，为理解载流子传输和缺陷过程提供了新方法。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall
Photocarrier relaxation in two-dimensional semiconductors
半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的二维（2D）晶体吸收可见光频率中的大部分入射光子，尽管是原子薄的。有人认为，这种强吸收是由于平行带或“带套”效应以及相应的联合态密度发散。在这里，我们表明，使用光致发光激发光谱的频带嵌套在单层和双层MX $_2$（M = Mo，W和X = S，Se）的结果在依赖于激发的光激发载流子的特征弛豫路径。我们的实验和模拟结果表明，光激发的电子空穴对在嵌套区域自发分离的$k$ -空间，立即带极值与相反的动量弛豫。这些影响意味着，由于直接激子复合的光生载流子的损失暂时抑制与频带嵌套共振激发。我们的研究结果突出了使用这些材料作为光电子器件中的吸收体的有效热载流子收集的潜力。
2014-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistent hot carrier diffusion in boron arsenide single crystals imaged by ultrafast electron microscopy
立方硼砷化物（BAs）由于其高导热性，在微电子热管理领域具有广阔的应用前景。最近，它作为光电材料的潜力也在探索中。然而，由于可用的高质量晶体尺寸小，测量其光载流子输运性质仍然具有挑战性。在这里，我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）直接可视化的光激发载流子在BA单晶的扩散。令人惊讶的是，我们观察到双极扩散在低的光通量与持续的热载流子动力学超过200皮秒，这可以归因于声学和光学声子之间的大的频率间隙，相同的功能，是负责高的热导率。在较高的光通量下，我们观察到自发的电子-空穴分离。我们的研究结果表明，BA是一种有吸引力的光电材料结合高的热导率和优良的光载流子输运性能。我们的研究还证明了SUEM探测新兴材料中光载流子传输的能力。
2022-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface defect-assisted phonon scattering of hot carriers in graphene
石墨烯的宽带和超快光响应近年来得到了广泛的研究，尽管光激发载流子动力学仍然远未完全理解。不同的实验方法意味着热电子的两种根本不同的散射机制之一。一种是高能光学声子，另一种是无序驱动的声学声子超碰撞。然而，通过光学和声学声子的并发弛豫尚未考虑到目前为止，阻碍了在一个统一的框架内解释不同的实验。在这里，我们扩大了光学声子介导的冷却模型，包括电子散射的声学声子。通过假设增强的电声声子超碰撞从本地化缺陷在光热电电流生成界面，我们提供了一个更广阔的视角超快的光响应的石墨烯，突出了以前被忽视的影响的接口冷却动力学。我们表明，瞬态光热电响应，这已完全归因于超碰撞，可以成功地解释不拒绝建立光学声子弛豫路径，表明这两种冷却机制不是相互排斥的，而是相辅相成的。
2017-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
