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
Nonlinear Electrodynamic Properties of Graphene and Other Two-Dimensional Materials
石墨烯是第一种真正的二维（一个原子薄）材料，具有强非线性电动力学和光学性质。在低（微波，太赫兹）频率下，这是由于石墨烯独特的电子特性-其电子和空穴的“相对论”线性能量分散。在高频（红外，可见光），由于电子和空穴带之间的带间跃迁，其非线性响应函数具有共振。这些共振在频率轴上的位置取决于费米能量或载流子密度，其可以通过在石墨烯场效应晶体管中施加栅极电压而改变。这为电控制非线性石墨烯响应提供了独特的机会，这是传统（三维）非线性光学材料所不具备的特性。在本文中，我们给出了一个简短的概述，在这个快速发展的物理领域的最新技术水平，并提出了我们最近在这一领域的一些成果。特别是，我们讨论了传统的三维和新的二维晶体的非线性响应函数和参数之间的本质区别。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall
Cavity Quantum-Electrodynamical Chern Insulator: Route Towards Light-Induced Quantized Anomalous Hall Effect in Graphene
我们表明，一个能隙诱导在石墨烯中的光物质耦合到一个圆偏振的光子模式在一个腔。使用多体微扰理论，我们计算的电子光谱表现出光子修饰的边带类似于Floquet边带的激光驱动材料。与Floquet拓扑绝缘体相比，在Floquet拓扑绝缘体中，光只在高频极限下的非共振驱动下才引起严格量子化的霍尔响应，而腔中的光子修饰狄拉克费米子则表现出以整数陈氏数为特征的量子化霍尔响应。特别是对于石墨烯，我们预测，可以在低温极限下诱导$2 e^2/h$的霍尔电导。
2019-05-08 cond-mat.mes-hall
Anomalous Electrodynamics and Quantum Geometry in the Dirac-Harper model for a Graphene Bilayer
采用Dirac-Harper模型研究了层间应变反对称的石墨烯双层膜，模型中的一对单层Dirac哈密顿量由一维莫尔周期性的层间隧穿振幅耦合而成.这个模型主机低能量，几乎无色散带附近的电荷中性，支持其电荷多极分布的异常极化。这些分析引入广义贝瑞曲率编码的场诱导动力学的多极场允许在手征介质与时间反演对称。该公式确定了层对称和层反对称面内电场的响应之间的互易关系，并揭示了由莫尔尺度上的带反转的空间图案产生的动量空间量子振荡。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall
Photoinduced Nonperturbative Valley Polarization in Graphene
我们研究了一种基于石墨烯的谷电子器件，该器件在不同的子晶格和相应的非等效谷处具有电荷分离。我们描述了谷极化的极大条件，并研究了通过谷自由度相干控制载波和存储数据的参数和条件。谷极化由脉冲的幅度以及载波包络相位和倒易空间中电子轨迹的曲率控制。当考虑强场激发时，微扰光学中的光学选择定则被非绝热几何效应所取代。结果表明，二维狄拉克材料无论是否具有本征带隙，都会产生非微扰的谷极化。在微观上，石墨烯在手性电场中的这种非互易响应由量子Berry相位编码，作为（伪）磁电势。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Quantized Hall conductance in graphene by nonperturbative magnetic-field-containing relativistic tight-binding approximation method
本文利用非微扰含磁场相对论紧束缚近似方法计算石墨烯磁能带结构，揭示霍尔电导的宽、窄两类量子化平台及其填充因子规律，并阐明磁能带简并性是霍尔电导量子化的来源。
2023-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The quantum scale invariance in graphene-like quantum electrodynamics
奇偶偶无质量平面量子电动力学的紫外和红外有限性模拟了石墨烯的标度不变性。
2022-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Electron-polaron--electron-polaron bound states in mass-gap graphene-like planar quantum electrodynamics: $s$-wave bipolarons
洛伦兹不变版本的质量间隙石墨烯类平面量子电动力学，宇称保持$U(1)\times U(1)$质量QED $_3$，表现出吸引力的相互作用，在低能电子-极化子-电子-极化子$s$ -波散射，有利于准粒子束缚态，$s$ -波双极化子。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Nonperturbative model for optical response under intense periodic fields with application to graphene in a strong perpendicular magnetic field
当施加强垂直磁场时，石墨烯表现出极强的光学非线性，即使在中等光强下，响应电流也表现出很强的场依赖性，微扰理论失效。我们非微扰计算完整的光学电导率引起的周期性字段的运动方程框架的基础上的Floquet定理，与散射描述唯象。在高场的非线性响应被理解为修饰的电子状态，或Floquet状态，其进一步特征在于弱探测光场的光学电导率。这种方法被示出为在$5$ T的磁场和具有光子能量$0.05$ eV的驱动场。结果表明，微扰理论只适用于$<3$ kV/cm的弱场，证实了石墨烯朗道能级存在极强的轻物质相互作用.这种方法可以很容易地推广到其他系统中的光学电导率的计算。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene: new bridge between condensed matter physics and quantum electrodynamics
石墨烯是真正二维晶体的第一个例子-它只是一层碳原子。它是一种具有独特电子特性的无带隙半导体，这是由于石墨烯中的电荷载流子在电子和空穴之间表现出电荷共轭对称性，并且具有类似于超相对论基本粒子的“手性”的内部自由度。它为凝聚态物理和量子电动力学（QED）之间架起了一座桥梁。特别是，相对论Zitterbewegung导致在零掺杂的极限下电导量子$e^2/h$的最小电导率;克莱因悖论（相对论粒子的隧穿）的概念提供了对电子通过势垒传播的基本见解;电荷杂质周围的真空极化对于理解石墨烯中的高电子迁移率至关重要;指数定理解释了反常的量子霍尔效应。
2007-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-loop fermion self-energy in reduced quantum electrodynamics and application to the ultra-relativistic limit of graphene
本文用分部积分法计算了任意规范下无质量约化量子电动力学中的双圈费米子自能。聚焦于光子场是四维的极限，我们的公式只涉及递归单圈积分，因此可以精确地计算。从这个公式，我们推出的费米子场以及重整化费米子传播到两个圈的反常标度维数。然后将结果应用于石墨烯的超相对论极限，并与四维和三维量子电动力学的类似结果进行比较。
2014-02-07 cond-mat.mes-hall hep-ph
Quantum Electrodynamics of graphene Landau levels in a deep-subwavelength hyperbolic phonon polariton cavity
JEIP, UAR 3573 CNRS, Collège de France, PSL Research University（法国高等科学研究所、巴黎文理研究大学）；ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那光子科学研究院、巴塞罗那科学技术研究院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
研究石墨烯Landau能级在深亚波长双曲声子极化子腔中的量子电动力学，探讨极化子的产生及共振量子真空效应与静电相互作用的区分，分析磁极化子与腔体电磁模式的混合效应。
2026-04-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Functional Renormalization Group Approach to Circuit Quantum Electrodynamics
本研究提出一种基于泛函重整化群的非微扰方法，用于分析耦合量子化电磁连续介质的超导cQED系统，揭示非微扰效应可导致传统有效模型失效，强调非微扰分析对高阻抗波导cQED平台研究的必要性。
2022-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Graphene Electrodynamics in the presence of the Extrinsic Spin Hall Effect
我们将二维电子气的电动力学推广到非本征自旋霍尔效应（SHE）。该理论被应用到掺杂的石墨烯装饰与随机分布的吸收，诱导自旋轨道耦合（SOC）的接近。形式主义扩展了以前的半经典治疗的SHE的非本地动力学制度。在粒子数守恒近似下，我们计算了小频率和波矢极限下的电导率、介电函数和自旋霍尔角。自旋霍尔角随频率和波数的增加而减小，但在对应于Drude峰的频率附近，自旋霍尔角仍与其零频率值相当。得到了等离子体激元色散和线宽。非本征SHE在长波长范围内影响等离子体色散，但在波数较大时不影响。该结果表明了对在剥离的石墨烯（其不表现出SHE）和通过化学气相沉积生长的石墨烯（其最近报道了大的SHE）中测量的相当类似的等离子体响应的解释。我们的理论也奠定了基础，为未来的实验研究SOC效应的电动力学响应的二维电子气与SOC无序。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of the strongly nonlinear electrodynamic response of graphene: A hot electron model
考虑了石墨烯对强电磁辐射的电动力学响应。介绍了热电子模型，并建立了相应的非线性方程组。对于本征和掺杂的石墨烯，发现并详细讨论了该系统的解决方案：计算热电子温度、非平衡电子和空穴密度、吸收系数和其它物理量作为入射波频率$ω$和强度$I$、平衡化学势$μ_0$和温度$T_0$、散射参数以及带内能量弛豫时间$τ_ε$与复合时间$τ_{\rm rec}$之比$τ_ε/τ_{\rm rec}$。研究了辐射强度对低频（$\hbarω\lesssim 2|μ_0|$，$dA/dI>0$）和高频（$\hbarω\gtrsim 2|μ_0|$，$dA/dI<0$）吸收系数$A$的影响。结果表明，与最近的实验数据吻合良好。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Ultraconfined Graphene Plasmons to Probe the Electrodynamics of Superconductors
我们表明，超导体的希格斯模式，这通常是具有挑战性的观察远场光学，可以清楚地看到使用近场光学利用超限制石墨烯等离子体。作为近场源，我们研究了两个例子：石墨烯等离子体激元和量子发射体。在这两种情况下，与希格斯模式的耦合都清晰可见。在石墨烯等离子体的情况下，耦合是由石墨烯等离子体与超导体的希格斯模式相互作用产生的明显的反交叉信号。在量子发射体的情况下，希格斯模式可以通过珀塞尔效应观察到。当将超导体、石墨烯和量子发射体结合在一起时，许多实验旋钮可用于揭示和研究超导体的电动力学。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum electrodynamics with anisotropic scaling: Heisenberg-Euler action and Schwinger pair production in the bilayer graphene
我们讨论了各向异性标度下真空中出现的量子电动力学。各向异性标度系统是由Horava在引力的量子理论中提出的。在这样的真空中，空间和时间是不等价的，而且它们服从不同的标度律，称为各向异性标度。这种各向异性的缩放发生在双层石墨烯中的费米子上，如果忽略三角弯曲效应，则无质量的狄拉克费米子具有二次色散。这导致了各向异性的量子电动力学，其中电场和磁场服从不同的标度律。本文讨论了各向异性QED中的Heisenberg-Euler作用量和Schwinger对产生
2012-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el gr-qc
Roses in the Nonperturbative Current Response of Artificial Crystals
研究二维人工晶体中大电场下的非线性电流响应，在弛豫时间近似下推导出具有时间反演和三角对称性系统的无穷阶解析表达式，发现电流方向依赖性呈对称性约束的玫瑰曲线，并在graphene体系中验证了其可观测性。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall
Hofstadter butterflies of bilayer graphene
我们用非微扰方法计算了双层石墨烯在垂直磁场中的电子能谱。为了适应两层之间的任意位移，我们应用一个周期性规范的基础上奇异通量涡的相位$2π$。由此产生的霍夫斯塔德式蝴蝶图显示出降低的对称性，这取决于两层彼此相对的相对位置。零能相对论朗道能级的分裂在Bernal和非Bernal叠加之间相差一个数量级。
2007-05-08 cond-mat.mes-hall
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
Nonperturbative Waveguide Quantum Electrodynamics
本文通过渐近解耦幺正变换建立非微扰波导QED的严格理论框架，揭示连续谱中受对称性保护的多体束缚态、有效质量与势的强重整化及重入转变，并阐明其在量子光学、凝聚态和量子化学中的广泛应用。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Effective Field Theory for the Quantum Electrodynamics of a Graphene Wire
我们研究了在一个薄的石墨烯线中的电子和空穴的低能量子电动力学。我们发展了一种基于p/p_T展开的有效场论（EFT），其中p_T是电子和空穴在横向上的典型动量，而p是纵向上的动量。我们证明了，在（p/p_T）中的最低阶，我们的EFT理论形式上等价于精确可解的Schwinger模型。利用这样的类比，我们发现量子线的基态包含电子-空穴对的凝聚。激发谱被电子-空穴集体束缚态饱和，并计算了这种模式的色散规律。我们还计算了零化学势时单位长度的直流电导率，并发现g_s =e^2/h，其中g_s=4是简并因子。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-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
Ab-initio Van der Waals electrodynamics: polaritons and electron scattering from plasmons and phonons in BN-capped graphene
本文提出从头算模型研究范德瓦尔斯异质结中电子、等离激元与极性声子的动力学耦合，并应用于BN覆盖石墨烯，揭示声子-等离激元混合模式及其对电子散射的影响。
2025-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic waves reflection, transmission and absorption by graphene - magnetic semiconductor - graphene sandwich-structure in magnetic field: Faraday geometry
从理论上研究了石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构的电动力学性质。分析了石墨烯-半无限磁性半导体和石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构中石墨烯层对电磁波传播的影响。计算了这种结构对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。分析了结构厚度的尺寸效应。已经显示了通过外部磁场有效控制石墨烯-磁性半导体-石墨烯三明治结构的电动力学性质的可能性。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
AC conductivity of graphene: from tight-binding model to 2+1-dimensional quantum electrodynamics
本文研究了仅具有最近邻跃迁的二维蜂窝晶格的紧束缚哈密顿量与遵循连续极限的2+1维量子电动力学哈密顿量之间的关系。我们特别关注自由狄拉克费米子的对称性，包括空间反转、时间反转、电荷共轭和手征性。我们说明了这样一个映射的权力，通过考虑可能的对称性破缺，对应于创建一个有限的狄拉克质量的影响，对各种光学性质。特别是，我们认为对角线交流电导率的重点是如何有限狄拉克质量可能会体现在实验中。讨论了对角电导率和霍尔电导率的光学求和规则。
2007-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-ph
Quantum electrodynamic approach to the conductivity of gapped graphene
从量子电动力学第一性原理出发，研究了任意温度下（2+1）维时空中质量间隙参数不为零的石墨烯的电导率.使用复频率的整个平面上定义的极化张量的形式主义。在零温度下，我们再现的结果为实部和虚部的电导率，以前获得的局部近似，并概括他们考虑到非局部性的影响。在非零温度下，导出了带隙石墨烯纵向电导率和横向电导率的实部和虚部的精确解析表达式，以及它们在几种渐近区域的局部极限和近似表达式.具体地说，一个简单的本地结果，在任何温度下有效的带隙石墨烯的电导率的实部。根据我们的结果，电导率的实部不等于零的频率超过的间隙的宽度，并与频率增加的普适电导率。带隙石墨烯的电导率的虚部从零频率处的无穷大变化到由间隙参数定义的频率处的负无穷大，然后随着频率的进一步增加而变为零。解析表达式附有数值计算的结果。未来可能的推广使用的形式主义进行了讨论。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Lattice-Induced Double-Valley Degeneracy Lifting in Magnetic Field in Graphene
我们发现，最近发现的双谷分裂的低位朗道能级（s）在量子霍尔效应的石墨烯可以解释为微扰轨道相互作用的谷内和谷间的微观轨道电流与磁场。这种效应是由对应于石墨烯的晶体蜂窝对称性的非恒定项提供的，但在量子电动力学中的无质量狄拉克费米子的相对论理论中不存在。我们讨论最近的数据，鉴于这些结果。
2007-12-07 cond-mat.mes-hall
Thermo-Plasma Polariton within Scaling Theory of Single-Layer Graphene
在标度体系下研究了单层石墨烯的电动力学。在任意有限温度下，存在一个弱阻尼的集体热等离子体极化激元模，其色散和波长依赖的阻尼被解析地确定。与该模式相关的电场和磁场在垂直于石墨烯层的方向上呈指数衰减，但与金属的表面等离子体极化激元模式不同，衰减长度和模式频率强烈依赖于温度。这可能导致产生和操纵这些模式的新方法。
2006-05-26 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic Waves Reflectance of Graphene -- Magnetic Semiconductor Superlattice in Magnetic Field
在考虑耗散过程的Faraday几何下，对置于磁场中的石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质进行了理论研究。采用传输矩阵法计算了不同周期数和不同周期尺寸的超晶格对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质的有效控制的可能性已经被证明。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Current-Induced Heat Transfer in Double-Layer Graphene
使用波动电动力学和非平衡格林函数方法，我们证明了存在的电流诱导的热传递的双层石墨烯，即使当两个片的温度是相同的。热通量与电流成平方关系。当温度不同时，外部电压偏置可以反转热流的方向。漂移效应可以存在于宏观和纳米尺寸的双层石墨烯中，并扩展到任何其他2D电子系统。这些结果为通过非平衡系统中的辐射进行热管理的不同方法铺平了道路。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall
Strongly nonlinear Bernstein modes in graphene reveal plasmon-enhanced near-field magnetoabsorption
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Institute of High Pressure Physics of the Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Faculty of Physics, Ivan Franko National University of Lviv（利沃夫伊万·弗兰科国立大学物理学院）
研究通过太赫兹激发观测到石墨烯中非线性伯斯特模式，揭示了近场增强的磁吸收机制，为非线性磁等离子体学提供了新平台。
2026-01-26 cond-mat.mes-hall
Electronic Structure in Gapped Graphene with Coulomb Potential
本文基于晶格模型，数值研究了长程库仑杂质在带隙石墨烯中诱导的束缚电子态和超临界区的准束缚电子态。我们提出了一个详细的比较我们的数值模拟和预测的连续介质模型，这是描述的狄拉克方程（2+1）维量子电动力学（QED）。我们还利用Fano的理论研究了准束缚态的发展，并设计了一个可行的实验来测试带隙石墨烯中超临界真空的衰变。
2008-04-07 cond-mat.mes-hall
Why does graphene behave as a weakly interacting system?
尽管有效精细结构常数很大，但我们通过计算库仑相互作用对准粒子性质的影响，在无规相近似（RPA）中达到下一个主导顺序，解决了实验所表现出的石墨烯相互作用效应的令人困惑的弱耦合微扰行为。我们工作的重点是悬浮在真空中的石墨烯，其中电子-电子相互作用很强，系统明显处于非微扰状态。我们报告的准粒子残留物和费米速度重整化在低载流子密度的结果。我们获得的次领先阶修正的小表明RPA理论收敛迅速，因此，与裸耦合常数中通常的微扰展开相反，构成了石墨烯多体物理学对于任何耦合强度的定量预测理论。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
Nonlocal electrodynamics in Weyl semi-metals
最近合成的具有狄拉克光谱的3D材料表现出与其2D类似物石墨烯性质不同的特殊电输运。忽略杂质散射，电导率的实部是强烈频率依赖性的（线性），而虚部是非零的（与未掺杂的清洁石墨烯不同）。电子之间的库仑相互作用像在电介质中一样没有屏蔽，因此是长程的。我们证明了相互作用修正使电动力学在介观尺度上呈现非定域性。纵向电导率$σ_{L}$（通过电荷守恒与电极化率相关）和横向电导率$σ_{T}$在长波长极限上不同，因此标准局部欧姆定律描述不适用。这导致在传输和光学响应中的几个显著的效果。我们预测的充电效果在DC运输是一个直接的签名的非局部性。WSM的光学响应对非局域性也很敏感。在这些材料中，p-偏振光产生体等离子体激元以及横波。WSM内部的传播仅略微衰减。在一个特定的（材料参数相关）频率的两个模式重合，在本地介质的现象是不可能的。值得注意的是，对于任何频率，都有一个发生总吸收的入射角，使WSM变得不透明。
2015-08-07 cond-mat.mes-hall
High-harmonic generation in graphene under the application of a DC electric current: From perturbative to nonperturbative regimes
本研究结合量子主方程与玻尔兹曼方程，提出统一计算石墨烯在直流电流下激光驱动动力学的数值方法，揭示了直流电流等外参数对HHG谱的调控作用及对称性破缺机制。
2024-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Crossover to the Anomalous Quantum Regime in the Extrinsic Spin Hall Effect of Graphene
最近关于化学修饰石墨烯中自旋-轨道耦合增强的报道为研究无质量手性费米子的自旋霍尔效应打开了大门。本文从理论上研究了自旋轨道耦合石墨烯中非本征自旋霍尔效应的相互作用和杂质浓度依赖性。我们提出了一个非微扰量子图解计算的自旋霍尔响应函数在强耦合制度，包括斜散射和异常杂质密度无关的贡献平等的基础上。自旋霍尔电导率依赖于费米能量和电子-杂质相互作用强度揭示了实验可访问的区域中异常量子过程占主导地位的存在。我们的研究结果表明，自旋轨道耦合石墨烯是一个理想的模型系统，用于探测半经典和真正的量子散射机制之间的竞争的自旋霍尔效应。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall
Field theoretic renormalization study of reduced quantum electrodynamics and applications to the ultra-relativistic limit of Dirac liquids
对约化量子电动力学（QED）的场论重整化进行了两圈的研究。在凝聚态背景下，约化QED构成了描述（平面）狄拉克液体的非常自然有效的相对论场论，例如，石墨烯和类石墨烯材料，一些拓扑绝缘体的表面态和可能的半填充分数量子霍尔系统。从场论的角度来看，该模型涉及到一个有效的（约化的）规范场传播的分数功率的d'Alembertian显着对比，与通常的量子电动力学。使用BPHZ处方可以简单而清晰地理解模型的结构。特别是，在与超相对论极限的石墨烯，我们直接恢复的结果的相互作用校正的光学电导率：$\mathcal{C}^*=(92-9π^2)/(18π)$和费米子场的异常尺寸：$γ_ψ(\barα,ξ) = 2 \barα\,(1-3ξ)/3 -16\,\left( ζ_2 N_F + 4/27 \right)\, \barα^2 + O(\barα^3)$，其中$\barα = e^2/(4π)^2$和$ξ$是规范固定参数。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall hep-th
Terahertz response of patterned epitaxial graphene
研究了透射几何条件下极化太赫兹辐射与大面积微结构石墨烯的相互作用。为了有效地将辐射耦合到二维材料中，选择通过嵌入掺杂到条纹中的闭合石墨烯片的横向周期性图案化，从而产生平行于和垂直于条纹偏振的辐射的不相等透射率。实际上，观察到高达20%的偏振对比度。当类似于线栅偏振器去除石墨烯条纹时，效果甚至增加高达50%。在< 80 GHz到3 THz的大频率范围内分析了极化依赖性，包括等离子体激元-极化激元共振。结果与基于石墨烯的电子能谱和图案化结构的电动力学的理论计算非常一致。
2014-10-06 cond-mat.mes-hall
Near-field thermal radiation transfer controlled by plasmons in graphene
结果表明，热激发等离子体极化激元模式可以强烈地介导，增强和\emph{tune}的近场辐射传输之间的两个紧密分离的石墨烯片。在近红外波段，在波动电动力学的框架内分析了近场热交换对掺杂和电子弛豫时间的依赖关系。对热传递的主要贡献可以被控制为来自带间或带内过程。我们预测在低掺杂和共振的两个石墨烯片中的等离子体激元的最大转移，具有数量级增强（例如，对于$0.1μm$到$10nm$之间的分离，$10^2$到$10^3$）超过Stefan-Boltzmann定律，称为远场极限。强大的，可调的，近场转移提供了一个外部可控的热开关，以及一个新的混合石墨烯石墨烯热电/热光伏能量转换平台的承诺。
2012-03-17 cond-mat.mes-hall
Band gap in graphene induced by vacuum fluctuations
未掺杂石墨烯中的电子表现为无质量的狄拉克费米子。因此，石墨烯可以作为一个独特的凝聚态实验室，用于研究各种相对论效应，包括量子电动力学（QED）现象。虽然描述石墨烯电子性质的理论模型已经被详细阐述，但QED效应通常被忽略。在本文中，我们从理论上证明了量子电动力学可以大大改变石墨烯的电子性质。我们预测了以下QED效应-在石墨烯单层放置在一个平面的微腔充满了光学活性介质的带隙的开放。我们证明，这种现象是由于电磁场的真空涨落而发生的，并且与真空诱导的原子能级分裂（兰姆位移）等众所周知的现象相似。我们估计的带隙的特征值，并发现它可以充分超过兰姆位移的值。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall
Optical Kerr Effect in Graphene: Theoretical Analysis of the Optical Heterodyne Detection Technique
石墨烯是一种原子级薄的二维材料，表现出强的光学非线性，包括谐波产生，四波混频，克尔和其他非线性效应。本文从理论上分析了测量二维晶体光学克尔效应的光外差探测技术，并说明了如何将这种实验中测得的量与二维晶体的三阶电导率张量$σ^{(3)}_{αβγδ}(ω_1,ω_2,ω_3)$的分量联系起来。使用最近开发的石墨烯的三阶非线性电动力学响应的量子理论的结果，我们分析了该材料的OHD-OKE响应的频率、载流子密度、温度和其他依赖性。我们比较我们的结果与最近的OHD-OKE实验在石墨烯和发现良好的理论和实验之间的协议。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall
Fluctuation electrodynamics of quantum capacitance in electron bilayers
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Geneva（日内瓦大学）
本文建立电子双层量子电容的涨落电动力学理论，揭示层间关联通过耦合等离激元贡献电容，且石墨烯双层的层间修正因带间屏蔽异常，可作为层间配对探针。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall
Reduced quantum electrodynamics in curved space
关于石墨烯物理学研究的一种方法是所谓的约化量子电动力学。在这项工作中，我们考虑自然推广这种形式主义弯曲空间。我们采用局部动量空间表示。我们讨论了沃德恒等式的有效性，并详细研究了单圈图。我们证明了单圈beta函数为零。作为一个应用，我们计算的单回路光学电导率的石墨烯，考虑到曲率的影响，可以纳入本地。此外，我们证明了这种影响可能有助于导电性。此外，非常出乎意料的是，我们的计算揭示了曲率诱导的有效化学势的光学电导率的贡献。
2021-03-25 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Non-linear graphene optics for terahertz applications
简要介绍了石墨烯的线性电动力学性质--频率依赖电导率、透射光谱和集体激发。考虑自洽场效应和磁场的影响，研究了石墨烯的非线性倍频效应。预测的现象可用于创建微波和太赫兹光学和电子学的新器件。
2008-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Charge carrier density noise in graphene: effect of localized/delocalized traps
基于石墨烯的器件在几个电子输运性质中显示出$1/f$低频噪声，例如迁移率和载流子浓度。最近，石墨烯基器件集成到电路量子电动力学系统的实验研究的爆发重新点燃了人们对低频电荷噪声的兴趣。我们研究了石墨烯中的载流子密度噪声的McWorther模型，其中噪声是由衬底中的电子陷阱引起的。我们专注于大的掺杂制度，并介绍了一个简单的建模的局域化/离域陷阱的陷阱态的单/双自旋占用的效果。我们发现，在这两种情况下，石墨烯的载流子光谱服从$1/f^α$幂律行为，其中$α$非常接近于1，并且对于每种情况，我们评估偏差$β=1-α$。噪声的幅度被发现依赖于陷阱的能量分布和温度。陷阱态的单/双自旋占据对噪声幅度的温度依赖性的影响仅为二阶。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall
Mesoscopic Klein-Schwinger effect in graphene
本文在石墨烯弹道晶体管中提出并实验观测到介观Schwinger效应，发现夹断强电场在漏极附近诱导电子-空穴对产生，导致普适一维Schwinger电导，为研究电流饱和极限和开展量子电动力学实验提供了新途径。
2023-01-31 cond-mat.mes-hall hep-th
Predicting graphene's nonlinear-optical refractive response for propagating pulses
非线性光学折射通常通过材料的平衡态附近的微扰理论来描述。然而，石墨烯在光泵浦时可以容易地远离其平衡态，产生不能被建模为仅仅是扰动的强非线性响应。到目前为止，人们仍然缺乏必要的理论表达式来预测这些复杂的非线性效应，并解释它们在时间和空间中的演化。在这里，这个长期存在的问题是通过推导基于人口配方的石墨烯的非微扰非线性表达式来解决的。所提出的框架成功地预测和解释了在过去十年中观察到的石墨烯的各种非线性幅度和符号，同时也与波导中常用的非线性脉冲传播形式主义兼容。
2020-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiation from electrons in graphene in strong electric field
利用石墨烯的Dirac模型研究了在均匀电场作用下石墨烯中电子与量子化电磁场的相互作用。电子状态表示的狄拉克方程的精确解的电背景下，和描述与光子场的相互作用的一阶费曼图的振幅计算大规模狄拉克粒子在两个山谷。导出了单电子和多电子系统在电荷中性点的光子发射几率，包括角度和频率的依赖关系，并分析了几种极限情况。强场中狄拉克点处的光子发射模式由电子-空穴对的非微扰产生与自发发射之间的相互作用决定，这使得在测量直流电压下原始石墨烯发射的辐射时观察到Schwinger效应成为可能。
2014-05-05 cond-mat.mes-hall hep-th
High-order nonlinear optical response of a twisted bilayer graphene
针对最小公度结构的扭曲角，我们对强激光场作用下扭曲双层石墨烯（TBG）中的电子动力学进行了非微扰计算。我们发现，TBG具有丰富的高次谐波产生，不能发生在单层或传统的双层。我们通过分析动力学对称性、动量分辨动力学和层间耦合的作用来阐明这些非线性响应的机制。我们的研究结果意味着非线性“光扭转电子学”，或控制人工扭曲的层状材料的光学特性。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Cavity electrodynamics of van der Waals heterostructures
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克结构动力学研究所）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
研究通过子波长谐振腔电动力学探索范德瓦耳斯异质结构中的低能物理，揭示金属栅极内禀谐振模式对低能电动力学的调控作用。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Nonperturbative nonlinear effects in the dispersion relations for TE and TM plasmons on two-dimensional materials
我们解析地得到了横电（TE）和横磁（TM）表面等离子体激元的色散关系的非线性二维（2D）导电材料之间的两个克尔型介质。为此，我们使用麦克斯韦方程组内的准静电，弱耗散制度。我们发现，由于周围介质的非线性，表面等离子体激元的波长和传播距离减小。相反，2D材料的非线性效应取决于三阶电导率的实部和虚部的符号。值得注意的是，通过在线性状态的相应色散关系中用介电介质的非线性对应物天真地替换介电介质的介电常数而获得的色散关系是不准确的。我们将我们的分析应用到掺杂石墨烯的情况下，并预测TM偏振表面等离子体的波长和传播距离。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric current generation in distorted graphene
量子电动力学在（2+1）维空间中可以有效地描述石墨烯类材料。在原始状态下，这些系统在蜂窝晶格中的非等价狄拉克点之间表现出对称性。现实的样品，其中包括扭曲和晶体各向异性被认为是通过拓扑和动力学性质的质量差距。在这项工作中，我们表明，在这个伪手征不对称配置上的平面内均匀的外部磁场的并入产生与磁场对齐的非耗散电流：伪手征磁效应。这种情况类似于量子色动力学中的手征磁效应。
2015-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-ph
