Near-field radiative heat transfer between graphene-covered Weyl semimetals
本文理论研究石墨烯覆盖外尔半金属异质结构中的近场辐射传热，揭示热通量增强或衰减取决于石墨烯化学势，其机制为表面等离极化激元的耦合或解耦，为主动调控NFRHT提供了新思路。
2024-08-25 cond-mat.mes-hall
Near-field radiative heat transfer and van der Waals friction between closely spaced graphene and amorphous SiO$_2$
我们研究了石墨烯和无定形SiO $_2$衬底之间的辐射传热和范德华摩擦。我们研究了表面声子极化激元作为温度和载流子密度的函数对低场迁移率的贡献。我们发现，电流饱和在一个高的电场，与实验一致。饱和电流对温度的依赖性很弱，我们将其归因于石墨烯载流子与衬底光学声子之间的“量子”摩擦。我们计算了由范德华摩擦引起的两个石墨烯片之间的摩擦阻力，并发现这种阻力可以诱导足够高的电压，可以很容易地通过实验测量。我们发现，对于非悬浮石墨烯的近场辐射传热，由于直接声子耦合的传热，是在低电场的相同数量级。在高场下，声子对热传递的贡献占主导地位。对于石墨烯与衬底之间的大间隔，热传递由近场辐射热传递主导。
2010-12-23 cond-mat.mes-hall
Radiative Thermal Diode Mediated by Nonreciprocal Graphene Plasmons Waveguides
提出了一种基于非互易石墨烯等离子体波导辅助纳米颗粒间非对称辐射传热的热二极管。热二极管系统由两个粒子和一个漂移偏置的悬浮石墨烯片在他们附近。非互易石墨烯等离子体激元由石墨烯片中的漂移电流引起，然后耦合到由近场机制中的粒子发射的波。基于石墨烯等离子体激元传播方向的不对称性，观察到两个粒子之间的热整流。辐射热二极管的性能可以通过调节石墨烯片中的化学势或改变漂移电流来主动调节。在大的漂移速度和小的化学势下，可以在从近场到远场的很宽的粒子间距范围内获得整流系数非常接近1的理想辐射热二极管。采用石墨烯等离子体激元的色散关系来分析整流效应的潜在物理。此外，由于非互易石墨烯等离子体激元的宽带特性，漂移偏置的石墨烯可以作为粒子之间的热整流的通用平台。更优选具有较大粒子共振频率的粒子以产生更好的热二极管。该技术在纳米热管理领域有着广泛的应用前景
2020-01-05 cond-mat.mes-hall
High-sensitivity graphene MEMS force and acceleration sensor based on graphene-induced non-radiative transition
研究了利用石墨烯诱导无辐射跃迁的微机电系统（MEMS）力和加速度传感器。石墨烯诱导的非辐射跃迁对距离非常敏感，并且石墨烯带的偏转对施加的力或加速度高度敏感。因此，可以实现高灵敏度MEMS传感器，检测石墨烯带的1 nm的偏转、0.1 pN的力和0.1 mg的加速度。MEMS传感器的尺寸只有几十微米，可以通过光照射充电，而无需连接电源。此外，它允许长距离检测，即，可以省略无线发射器电路。因此，它将在微型智能设备、可穿戴设备、生物医学系统等领域具有重大的应用前景。
2023-02-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in double-graphene-layer structure
提出并证实了双石墨烯结构中石墨烯层间电子共振辐射跃迁产生太赫兹激光的概念。我们估计的太赫兹增益TM模式表现出非常低的德鲁德吸收在GL和显示的增益可以超过金属-金属波导中的损耗在低端的太赫兹范围。所发射的光子的光谱可以通过所施加的电压来调谐。太赫兹增益的弱温度依赖性促进了在室温下的有效操作。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall
Graphene-based amplification and tuning of near-field radiative heat transfer between dissimilar polar materials
表面声子-极化激元共振在近场能强烈地增强两个表面间的辐射换热。然而，由两种不同材料支持的表面模式之间的光谱失配是导致它们交换的辐射热通量急剧减少的原因。在本文中，我们研究了如何存在的石墨烯片，沉积在支持最低频率的表面波的材料上，允许广泛调谐的辐射热传递，产生放大因子高达一个数量级。通过分析Landauer能量传输系数，我们证明了这种放大是由石墨烯支持的离域等离子体激元和两个石墨烯的表面极化激元之间的相互作用引起的。我们最后表明，我们强调的效果是强大的频率失配方面，铺平了道路，在不同的配置近场辐射传热的主动调谐和放大。
2017-05-04 cond-mat.mes-hall
Radiative damping and synchronization in a graphene-based terahertz emitter
我们研究了最近提出的基于石墨烯的太赫兹发射器的辐射阻尼效应的影响下，这是自洽的分子动力学方法中的集体电子动力学。我们表明，在适当的条件下，同步的单电子的动态发生，导致上升的振荡分量的充电电流。同步时间取决于所施加的直流电场和电子散射率显着，并大致成反比的辐射阻尼率，这是由载流子浓度和几何参数的设备。分析了由振荡电流分量决定的同步态的发射光谱。高次谐波的有效产生的大值的辐射阻尼强度被证明。
2013-12-18 cond-mat.mes-hall
Radiative decay effects influence the local electromagnetic response of the monolayer graphene with surface corrugations in terahertz range
我们继续研究了表面波纹对单层石墨烯在太赫兹波段的局部电磁响应的影响。考虑了辐射衰减、石墨烯中载流子谱的双谷结构和呼吸表面曲率形成的合成电场的影响。为了实现这一程序，得到了广义非线性自洽方程。在外加弱交变电场的情况下，得到了外电场线性近似下的方程的精确解，表明在这种情况下，感应电流路径的局部失相依赖于表面形状。这一理论结果定性地解释了石墨烯中局部电流模式的相应实验，而没有使用完全量子方法，这对于石墨烯纳米带中这种现象的理论描述是必要的。此外，本文所得到的公式还可作为局部电流路径图象给定的表面波纹形成象新方法的基础。所获得的结果允许研究纳米尺度下材料的机械行为偏离宏观既定的概念，这对石墨烯特别重要。
2014-10-15 cond-mat.mes-hall
Plasmons enhance near-field radiative heat transfer for graphene-covered dielectrics
研究表明，电介质板顶部的石墨烯层可以显着影响该电介质的辐射热交换能力。石墨烯的效应与热激发等离子体有关。这些共振的频率位于太赫兹区域，并且可以通过掺杂或选通改变费米能级来调谐。覆盖有石墨烯的两个电极之间的热传递可以大于最已知的材料之间的热传递，并且在低温下甚至大得多。此外，高传热可以通过电气手段进行显著调节，这为利用热通量进行非常快速的操纵开辟了新的可能性。
2012-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Fluctuation-induced friction and heat transfer at the water-multilayer graphene interface
利用声子和辐射摩擦传热理论计算了水-多层石墨烯界面的摩擦传热。声子对摩擦和热传递的贡献比辐射贡献大许多个数量级。声子摩擦和热传递随着石墨烯层$N$的数量的增加而略微增加，并且在$N>5$处达到饱和，这与通过界面的声子透射系数的增加和在垂直于表面的方向上的有限声子平均自由程相关联。辐射贡献几乎与$N$无关，因为对于石墨烯中的层间距离量级的水和石墨烯之间的距离，倏逝波与多层石墨烯的相互作用受到第一石墨烯层的限制。声子贡献的结果与使用MD模拟获得的Kapitsa电阻的结果以及在水-单层石墨烯界面处获得的摩擦系数的实验数据一致。电势差导致摩擦和热传递的辐射贡献的强烈增加，其在$\sim 10$ V的电势差处变得比声子贡献大大约一个数量级。
2022-03-06 cond-mat.mes-hall
Ultra-compact injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in multi-graphene-layer structure
激光谐振腔的优化是设计高增益、低吸收损耗太赫兹半导体激光器的关键问题。在本文中，我们提出并优化了最近提出的太赫兹注入激光器基于隧道耦合石墨烯层之间的共振辐射跃迁的表面等离子体金属波导的几何形状。我们找到了对应于最大净模态增益的活性石墨烯层对的最佳数量。最大增益随频率的增加而增加，在8 THz处可以高达~ 500 cm-1，而激光谐振腔的阈值长度可以小至~ 50 mkm。我们的研究结果证实了在室温下工作的超紧凑电压可调石墨烯激光器的可能性。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Manipulating single photon emitter radiative lifetime in transition-metal dichalcogenides through Forster resonance energy transfer to graphene
结构缺陷可以对单层（ML）厚材料的光学响应产生至关重要的影响，因为它们使得能够捕获激子的位置。这些被捕获的激子在光致发光光谱中作为自由亮激子下方的新发射出现，并且可以用于单光子发射（SPE）。在这项工作中，我们概述的标准，在我们的框架工作，单光子发射可以在二维材料中检测到，我们探讨如何在原子薄过渡金属dichalcogenides（TMD）这些标准可以实现。特别是，我们模型的缺陷的影响，按照最常见的实验realisations，对空间自相关函数的随机无序势。此外，我们提供了一种方法来控制这些发射的辐射寿命的混合异质结的ML TMD与石墨烯片和介电间隔，使福斯特共振能量转移过程。我们的工作预测了相应的SPE猝灭辐射寿命将在皮秒范围内，这个时间尺度与最近测量的该异质结构中激子寿命很好地一致
2021-05-09 cond-mat.mes-hall
Near-Field Radiative Heat Transfer between Drift-biased Graphene through Nonreciprocal Surface Plasmons
在这篇论文中，我们从理论上证明了近场辐射传热（NFRHT）可以通过一种新的能量传输模式的倏逝波，即非互易表面等离子体激元（NSPPs）调制和增强。除了众所周知的耦合表面等离子体激元（SPP），在石墨烯片上施加漂移电流会导致极其不对称的光子传输模型，这在纳米尺度的非接触热交换中从未被注意到。红外波段中的等离子体激元的耦合主导NFRHT，与沿着（逆着）电流行进的低损耗（高损耗和无约束）相关联。分析了NSPP与漂移电流速度和真空间隙的关系。研究发现，在较小的和较大的间隙尺寸的NSPP的耦合表现出不同的非互易性。最后，我们还证明了在低化学势下，漂移电流对辐射热流的显著影响。这些发现将为光谱控制NFRHT开辟一条新的途径，这对于提高近场热光电转换和热调制器等能源系统的性能具有巨大的潜力。
2020-01-07 cond-mat.mes-hall
Multiple magnetoplasmon polaritons of magneto-optical graphene in near-field radiative heat transfer
本研究全面分析了多层石墨烯结构间的近场辐射传热，揭示了多重磁等离激元极化激元的物理机制，证明其能通过调节石墨烯性质、层数、磁场强度和几何结构有效调控传热，且效果显著优于单一MPP或多重SPPs。
2023-06-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The Effect of Non-Local Electrical Conductivity on Near-Field Radiative Heat Transfer between Graphene Sheets
石墨烯的近场辐射热传递由其电导率确定，通常使用局部Kubo和Drude公式建模。在这封信中，我们分析了非局域性的石墨烯的电导率使用Lindhard模型结合Mermin弛豫时间近似。我们还研究了电导率随波矢的变化如何影响由真空间隙隔开的两个石墨烯片之间的近场辐射电导。结果表明，当$k_ρ$大于$100k_0$时，电导率随波矢的变化是明显的，其中$k_0$是自由空间中波矢的大小. Kubo电导率提供了两个石墨烯片之间的光谱辐射电导的准确估计，除了石墨烯的表面等离子体激元频率周围和小于20 nm的分离间隙处，其中具有$k_ρ>100k_0$的模式对辐射电导有不可忽略的贡献。Drude公式被证明对于石墨烯的电导率和辐射电导的建模是不准确的，除了在远低于费米温度的温度和远小于$2μ_c/{\hbar}$的频率下，其中$μ_c$和${\hbar}$分别是化学势和约化普朗克常数。在Lindhard模型中应适当考虑电子的散射过程，使局域电子数守恒。在无碰撞Lindhard模型中，用$ω+iγ$代替$ω$（$ω$、$i$和$γ$分别是角频率、虚部单位和散射率）不满足局部电子数守恒，并导致计算石墨烯电导率和辐射电导的显著误差。
2022-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-based enhancement of near-field radiative-heat-transfer rectification
我们提出了一种热器件的基础上的近场相互作用的两个基板制成的极性和金属-绝缘体-过渡材料。由于光学性质的温度依赖性，该装置充当热整流器，这意味着当反转两个温度时热通量的强烈不对称性。通过用石墨烯片覆盖两个衬底，我们显示出整流系数的显著增强。通过调查的通量光谱特性，随着其距离的依赖性，我们证明，这种增强是相关的热通量的幂律依赖性的变化相对于在静电制度中的分离距离由于石墨烯片的存在。我们的研究结果突出了石墨烯基混合结构在纳米级热管理领域的前景。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum friction between oscillating crystal slabs: Graphene monolayers on dielectric substrates
本文从理论上描述了两个非接触准二维晶体之间的能量传递过程，并与两个准二维晶体作匀速平行运动的情况进行了比较。我们应用该理论来计算范德华能量和耗散能量在两个振荡板，每个板由一个石墨烯单层沉积在二氧化硅衬底。石墨烯的介电响应从第一原理确定，和SiO2表面响应使用经验局部介电函数描述。我们研究了驱动频率和石墨烯掺杂对vdW吸引力的影响。我们提出了通过调节石墨烯掺杂EF i和驱动频率ω 0来控制板片的粘附和解粘的想法。我们发现简单的ρ 02依赖vdW和耗散能量。由于Dirac等离子体激元是板之间能量传递的主要通道，因此在同等掺杂的EF 1 = EF 2 = 0石墨烯中的耗散功率显示出强的ω 0 = 2 omegap峰。当石墨烯沉积在SiO2衬底上时，该峰显著降低。如果只有一个石墨烯是原始的（EFi = 0），则2 omegap峰消失。对于较大的分离α，声子损失也变得重要，并且掺杂导致源自石墨烯-基板板中的杂化电子-声子激发之间的共振耦合的许多峰的移位、出现和消失。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal Distance-Scaling of Non-radiative Energy Transfer to Graphene
荧光发射体和石墨烯之间的近场相互作用表现出与局部偶极诱导的电磁场相关联的丰富物理，由于石墨烯的独特性质，局部偶极诱导的电磁场被强烈增强。在这里，我们测量发射体寿命作为发射体-石墨烯距离d的函数，并发现与由精细结构常数控制的通用标度律一致。观察到的能量转移率与1/d^4相关性一致，这是二维有耗介质的特征。相对于在距离d~5nm处的真空中的衰减，发射体衰减速率增强90倍（~99%的转移效率）。这种高能量传递率主要是由于单原子碳层的二维性和无间隙特性。因此，石墨烯被证明是一种非凡的能量汇，在光电探测、能量收集和纳米光子学方面具有巨大的潜力。
2013-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically-gated near-field radiative thermal transistor
在这项工作中，我们提出了一个近场辐射热晶体管由两个石墨烯覆盖的碳化硅（SiC）板分开的纳米真空间隙。厚的SiC板充当热“源”和“漏”，而石墨烯片充当“门”，以通过对称或不对称地调节化学势与施加的偏压来调制近场光子隧穿。由涨落电动力学计算得到的辐射热通量随石墨烯化学势的变化而显著变化，这可以调节真空间隙中石墨烯等离子体激元之间的耦合。热调制，开关和放大，这是一个热晶体管所需的关键功能，理论上实现和分析。这项工作将为主动热管理、热电路和热计算铺平道路。
2015-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-Infrared Radiative Emission from Bright Hot Plasmons in Graphene
石墨烯中受激载流子的衰变动力学引起了广泛的科学关注，因为无隙狄拉克电子能带结构打开了常规材料中不允许的弛豫通道。我们报告费米能级依赖的中红外发射石墨烯起源于以前未观察到的衰变通道：热等离子体激元产生的光激发载流子。所观察到的费米能级依赖性排除了普朗克发光机制，并与光反转石墨烯中计算的等离子体发射光谱一致。明亮的热等离子体发射的证据进一步支持费米能级依赖和偏振依赖的共振发射从石墨烯等离子体纳米阵列在脉冲激光激发下。自发等离子体激元发射是一个明亮的发射过程，因为我们对实验条件的计算表明，在几千开尔文的温度下，自发产生的等离子体激元的光谱通量比黑体发射高几个数量级。在这项工作中，它表明，石墨烯等离子体激元的辐射效率的大幅增强，可以通过装饰石墨烯表面与金纳米盘，作为耦合输出散射体，并促进本地化的等离子体激元激发时，他们与入射的激发光共振。这些观测为探索超快和超亮中红外发射过程和光源奠定了基础。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced near-field radiative energy, linear-momentum, and angular-momentum transfer
本文研究了从电流偏置石墨烯到纳米颗粒的近场辐射能量、线动量与角动量转移，发现电流诱导的非平衡涨落可在无温差时引发转移，且石墨烯表面等离激元的自旋-动量锁定会产生垂直于电流的力矩，温差会极大增强能量转移，为操控纳米颗粒提供了新途径。
2024-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiative heat transfer in 2D Dirac materials
我们计算了两片二维狄拉克材料，包括拓扑陈省身绝缘体和石墨烯，这些材料的光学响应的局部近似的框架内的辐射热传递。在这种近似下，它忽略了空间色散，我们推导出数值和解析的近场热传递在这些系统中的短距离渐近，并表明，它的规模作为两张之间的距离的倒数。最后，我们讨论了在二维狄拉克材料的空间色散的有效性，这个标度律的限制。
2015-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-field radiative heat transfer between shifted graphene gratings
本文采用改进的FMM-LBF研究覆盖石墨烯光栅的熔融石英板间近场辐射换热，揭示横向移位导致热通量最高降低60%-70%，并划分LSE与non-LSE机制。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Extraordinary Photon Transport by Near-Field Coupling of a Nanostructured Metamaterial with a Graphene-Covered Plate
耦合的表面等离子体/声子极化激元和双曲模式已知可以增强穿过纳米真空间隙的辐射传输，但通常需要相同的材料。对于近场热光伏和热整流等应用，实现不同材料之间的强近场能量传递变得至关重要。在这项工作中，我们从理论上证明了纳米结构的超材料发射器和石墨烯覆盖的平面接收器之间的非凡的近场辐射传输。在20 nm的间隙距离处实现了近场耦合，光谱热流密度增加了两个数量级。通过仔细选择石墨烯化学势和硅纳米孔发射器和硅板接收器的掺杂水平，在400 K至300 K之间，总近场辐射热通量可以达到远场黑体极限的约500倍。通过近场表面等离子体激元耦合、涨落电动力学和色散关系阐明了其物理机制。详细分析了石墨烯化学势、发射极和接收极掺杂浓度以及真空间隙距离对近场耦合和辐射转移的影响。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetically tunable multi-band near-field radiative heat transfer between two graphene sheets
近场辐射传热与近场成像、热光电转换、热路器件等应用密切相关。NFRHT的主动控制是非常感兴趣的，因为它通过外部手段提供了一定程度的可调谐性。在这项工作中，一个磁可调的多波段NFRHT揭示了在两个悬浮的石墨烯片在室温下的系统。发现在外加磁场作用下，B=0时的单带谱分裂为多带谱。对于适度的磁场（例如，B= 4T）。一个带是由带内跃迁的经典制度，经历了蓝移的化学势增加。同时，另一个带是由量子区中的朗道能级间跃迁贡献的，这对化学势的变化是鲁棒的。对于强磁场（例如，B=15 T）时，存在一个附加带，其谐振峰出现在近零频率（微波区），源于磁等离子体激元零模式。在如此低的频率下，NFRHT的显著增强在任何以前的系统中都没有发现。这项工作可能为基于原子级薄石墨烯片的多波段热信息传输铺平道路。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum-Electron Back Action on Hybridization of Radiative and Evanescent Field Modes
从狄拉克电子在石墨烯上的辐射和倏逝场的杂交的反作用被发现作为一个类比牛顿第三定律。在这里，反作用表现为局部极化场，极大地改变了入射表面等离子体极化子（SPP）场。这产生了对局部介电环境的高灵敏度，并为选择性地与碳结合的分子或蛋白质提供了仔细检查工具。散射矩阵示出了不同的频率附近的表面等离子体（SP）共振的增加，减少，甚至完全抑制的极化场，这使得准确的有效介质理论，以构造麦克斯韦方程时域有限差分法。此外，混合SP和石墨烯-等离子体激元模式的吸收光谱中的双峰仅在大的导体等离子体频率下是显著的，但是当石墨烯靠近导体表面放置时，在小的等离子体频率下被圆形SPP峰所掩盖。这些共振激发促进了仅极化激元的激发，导致无阈值激光器的极化激元凝聚。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Radiative Heat Transfer
导电材料中的光吸收产生其传导电子的加热，随后在皮秒内弛豫成声子，随后在较长的时间尺度上扩散到周围介质中。这种传统的光学加热图像由辐射冷却补充，辐射冷却通常以更低的速度发生，仅与保持在真空中或极端热隔离条件下的结构相关。在这里，我们揭示了相邻的等离子体支持石墨烯纳米结构之间的超快辐射冷却制度，其中非接触式热传递成为一个主导渠道。我们预测，沉积在石墨烯盘上的电子热能的>50%可以在飞秒时间尺度内转移到相邻的纳米岛。这种现象是由掺杂的石墨烯所显示的低电子热容和大等离子体场浓度的组合促进的。类似的效应应该发生在其他范德华材料，从而打开了一个未探索的途径，以有效的热管理的纳米结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-order quantum nonlinear optical processes in single graphene nanostructures and arrays
在单光子水平上实现非线性光学相互作用是近几年来的一项重要工作。大部分工作集中在实现强三阶非线性，例如通过使用单原子或其他量子发射体，而实现强二阶非线性的可能性仍未探索。在这里，我们描述了一种新的技术来实现这样的非线性使用石墨烯，利用强per-photon场与紧密限制的石墨烯等离子体结合空间非局域非线性光学相互作用。我们表明，在适当设计的石墨烯纳米结构，这些条件使一个单一的量子化的等离子体激元和纠缠的等离子体激元对之间的非常强大的内部下转换，或二次谐波产生的逆过程。一个单独的问题是如何观察到如此强的内部非线性，给定这些等离子体共振和自由空间辐射场之间名义上的弱耦合。一方面，通过使用集体耦合到辐射的纳米结构阵列，我们表明，内部的非线性可以表现为有效的频率转换的辐射场在极低的输入功率。另一方面，有效耦合到单个纳米结构的技术的发展将允许这些非线性过程在单个输入光子的水平上发生。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Near-field radiative heat transfer between a nanoparticle and a graphene grating
本研究开发散射矩阵方法，探究纳米粒子与石墨烯光栅间的近场辐射换热，发现石墨烯涂层可提升热通量85%，光栅化因等离激元模式拓扑转变进一步增强换热，并揭示横向偏移对热通量的影响及临界几何因子。
2024-06-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Active control of near-field radiative heat transfer by coating-twisting method
本文采用涂层扭转法实现了两种各向同性材料间近场辐射换热的主动控制。在两个平板上涂覆石墨烯光栅，然后通过调节两个光栅之间的扭曲角度，不仅可以增强NFRHT，还可以减弱NFRHT。其物理机制是由石墨烯光栅和各向同性材料耦合的模式，它可以随着扭曲角的变化。该方法也适用于其他类型的各向异性薄膜，为实现高精度的纳米级热管理、灵活的热通讯和热开关提供了一种途径。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electrically tunable radiative cooling performance of a photonic structure with thermal infrared applications
本文提出一种石墨烯基MIM光栅超材料吸收器，利用电压调控石墨烯化学势实现红外吸收共振可调，并获得超过18的平均净冷却功率。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photon Emission Rate Engineering using Graphene Nanodisc Cavities
在这项工作中，我们提出了一个系统的等离子体振子模式的垂直堆叠对石墨烯光盘的研究。准静态近似被用来模拟系统的本征模。本征响应理论被用来解释等离子体激元模式和量子发射体之间的耦合的空间依赖性。这些结果表明，半解析计算和全波模拟之间的良好匹配。其次，我们已经表明，它是可能的工程师的衰变率的量子发射器放置在这个腔内部和附近，使用费米能级调谐，通过栅极电压和发射器的位置和极化的变化。我们强调，通过耦合到亮等离子体激元模式，与单个石墨烯盘的情况相比，可以增强发射器的辐射效率，而暗等离子体激元模式抑制辐射效率。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiative Processes in Graphene and Similar Nanostructures at Strong Electric Fields
石墨烯单层和类似纳米结构中的低能单电子动力学由狄拉克模型描述，狄拉克模型是无质量QED的2+1维版本，其中光速被费米速度v_{F} =c/300代替。强场QFT的方法与狄拉克模型相关，因为任何低频电场都需要对无质量载流子进行非微扰处理，以防它在足够长的时间间隔内保持不变。在这种情况下，通过缓慢变化且小梯度的电场从真空产生的电子-空穴对的产生和湮灭的效应是相关的，从而基本上影响辐射图案。由于这个原因，标准的量子电动力学教科书中的光子发射理论是没有帮助的。我们构造了Dirac模型的Fock空间表示，它精确地考虑了由外部电场引起的真空不稳定性的影响，并在其中微扰地考虑了电子和光子之间的相互作用，遵循一般理论（广义Furry表示）。我们考虑光子发射的有效理论在一级近似下，并考虑到幺正关系，构建相应的总概率。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall hep-th
Electronic modulation of infrared emissivity in graphene plasmonic resonators
在高达250 ℃的温度下证明了氮化硅衬底上石墨烯等离子体共振器黑体发射的电子控制。结果表明，石墨烯谐振器产生天线耦合黑体辐射，表现为窄光谱发射峰在中红外。通过不断变化的纳米谐振器的载流子密度，这些光谱特征的频率和强度可以通过静电门调制。我们将这些现象描述为等离子体增强的辐射发射，其源自与石墨烯片中的等离子体衰减相关的损耗通道和SiNx中的振动模式。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
Graphene as Gain Medium for Broadband Lasers
与传统结构相比，有效的非辐射载流子复合抵消了石墨烯中光学增益的出现。基于对石墨烯中耦合载流子、声子和光子动力学的微观和完全量子力学研究，我们提出了一种获得长寿命增益的策略：将石墨烯集成到光子晶体纳米腔中并应用高介电衬底，产生明显的相干光发射，这表明石墨烯基激光器件的设计覆盖了宽光谱范围。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electroluminescence of the graphene 2D semi-metal
研究发现高质量hBN封装石墨烯可在大偏压下产生中红外远场电致发光，其源于带间隧穿电泵浦并受四分之一波长共振塑形，拓展了半金属发光器件方向。
2023-06-08 cond-mat.mes-hall
Tunable giant Purcell enhancement of quantum light emitters by means of acoustic graphene plasmons
University of Central Florida（中佛罗里达大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Federal Urdu University of Arts, Sciences and Technology（联邦乌尔都艺术、科学与技术大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
通过声学石墨烯等离子体实现量子光发射器的可调巨型普尔库效应，利用静电调制实现实时荧光增强。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast electrical modulation of strong near-field interactions between erbium emitters and graphene
将单光子发射器的量子光学性质与纳米光子和等离子体系统中可用的强近场相互作用相结合是创建量子操纵和量子力学功能的强大方式。在这方面，主动和动态地调节发射体-环境相互作用的能力特别令人感兴趣。虽然热、机械和光学调制已经得到证明，但电调制仍然是一个突出的挑战。在这里，我们实现了快速，全电调制的近场之间的相互作用的铒发射体和石墨烯的纳米层，通过在原位调谐的费米能量的石墨烯。我们证明了强相互作用，其中25%的发射体的衰变率增加了>1,000倍，并且以高达300 kHz的频率电调制这些相互作用-比发射体的辐射衰变（100 Hz）快几个数量级。这构成了集成量子技术的使能平台，通过具有受控波形的集体等离子体发射或光子发射打开了量子纠缠产生的路线。
2020-07-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions
自从石墨烯出现以来，我们已经看到了几种实现在太赫兹频率范围内可调谐的朗道激光器的提议。希望是朗道能级与狄拉克费米子的非等距离可以抑制有害的非辐射俄歇复合。不幸的是，即使在这种非等距的情况下，朗道量子化的石墨烯中仍然存在不利的非辐射过程，并且到目前为止还没有报道狄拉克费米子的回旋辐射。消除这最后一个非辐射过程的一种方法是通过在线性能带结构中打开一个小间隙来充分修改朗道能级的色散。这种带隙的类石墨烯材料的经证实的实例是接近拓扑相变的HgTe量子阱。在这项工作中，我们实验证明朗道发射狄拉克费米子在这样的碲化汞量子阱，其中发射是可调的磁场和载流子浓度。因此，这些结果代表了在实现太赫兹朗道激光器的磁场和栅极电压调谐的进步。
2023-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of periodic spatial perturbations on the emission rates of quantum dots near graphene platforms
本研究结合石墨烯附近荧光猝灭与谐振器耦合提升发射速率的效应，利用石墨烯下氧化物衬底的纳米孔阵列构建谐振器，通过方位旋转样品实现超50%的发射速率调控，可用于控制发色团间的共振能量转移。
2020-05-25 cond-mat.mes-hall
Non-radiative energy transfer between boron vacancies in hexagonal boron nitride and other 2D materials
Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS（图卢兹大学，INSA-CNRS-UPS）；Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（约费研究所，俄罗斯科学院）；Laboratoire Charles Coulomb, Université de Montpellier and CNRS（夏尔·库隆实验室，蒙彼利埃大学和法国国家科学研究中心）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
研究揭示了六方氮化硼中硼空位与二维材料间的非辐射能量转移机制，发现超薄传感层可有效利用该特性用于量子传感器设计。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Surface plasmon-mediated photoluminescence boost in graphene-covered CsPbBr$_3$ quantum dots
研究石墨烯覆盖CsPbBr$_3$量子点的光致发光增强机制，发现界面势垒与缺陷钝化抑制非辐射复合，且n型掺杂石墨烯的等离激元与激子共振耦合实现超亮发射，为高效光电器件设计提供新途径。
2024-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene vertical cascade interband terahertz and infrared photodetectors
我们提出并评估了垂直级联太赫兹和红外光电探测器的基础上，多个石墨烯层（GL）结构与薄隧道势垒层（由二硫化钨或相关材料制成）。光电探测器操作与从GL中的价带到相邻GL中的导带的级联辐射电子跃迁（带间和GL间跃迁）相关联。本文计算了在较宽的温度范围内，不同GL数和不同掺杂水平的垂直级联带间GL光电探测器（I-GLPD）在不同偏压下的响应率和探测率随光谱的变化关系。我们显示了一个有效的操纵的光谱特性的可能性所施加的电压。光谱特性还取决于GL掺杂水平，这开辟了在多色系统中使用I-GLPD的前景。I-GLPD的优点在于对垂直入射辐射的敏感性、暗电流的温度依赖性弱以及工作速度快。与量子阱子带间光电探测器的比较表明，I-GLD具有更好的室温探测性能和更高的探测速度。垂直级联I-GLD在速度上也可以超过横向p-i-n GLD。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall
Super-Planckian electron cooling in a van der Waals stack
宏观物体之间的辐射热传递（RHT）的距离远小于热波长，由倏逝电磁模式决定，并且可以比远场对应物更有效，这是由Stefan-Boltzmann定律描述的。在这封信中，我们提出了一个微观理论的RHT在范德瓦尔斯堆栈包括石墨烯和天然双曲线材料，即六方氮化硼（hBN）。我们表明，热载流子在石墨烯和双曲声子极化激元在hBN之间的RHT是非常有效的，在室温下，导致皮秒的时间尺度的载流子冷却动力学。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall
Unveiling Davydov-Split Excitons in a Template-Engineered Molecular-Graphene Heterostructure
Charles University（查理大学）；CEITEC - Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Masaryk University（马萨里克大学）
本研究通过模板工程分子-石墨烯异质结构揭示达维多夫分裂激子，利用高灵敏度光谱技术解析复杂振动能级，发现暗态分支主导辐射通道，为固态分子量子记忆发展提供新平台。
2026-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Infrared Problem in Quantum Acoustodynamics
量子电动力学（QED）提供了一个高度精确的描述，涉及原子与光的相互作用的现象。我们认为，描述冷原子与振动膜相互作用的量子理论--量子声动力学（QAD）--与QED有许多共同的问题和特征。具体来说，原子在振动膜上的吸附可以被看作是QED辐射电子捕获的对应物。在原子-声子耦合的最低阶的吸附率的计算是有限的，然而，高阶的贡献遭受红外问题模仿的情况下，在QED的辐射捕获。作为模型中无质量粒子（QAD中膜的弯曲声子和QED中的光子）的结果，吸附速率的微扰系列中的项发散。我们对待这个红外问题QAD明确获得有限的结果，通过正则化与低频截止对应的膜的大小的倒数。使用软声子的最终状态的相干态的基础上，我们然后总结的主要贡献，推导出一个新的公式的多声子吸附率的原子上的膜，给出的结果是有限的，非微扰的原子-声子耦合，并与KLN定理一致。对于微膜，我们预测随着膜尺寸的增加，低能量的吸附率降低。我们讨论了这一点的相关性的原子氢的冷气体的吸附在悬浮的石墨烯。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
