Hot carrier diffusion in graphene
我们报道了石墨烯中电荷输运的光学研究。利用高空间分辨率的超快泵浦-探测技术研究了热载流子在外延石墨烯和还原氧化石墨烯样品中的扩散。热载流子的时空动力学的点状激发后进行监测。在外延石墨烯和还原氧化石墨烯样品中分别测量到11，000和5，500平方厘米每秒的载流子扩散系数，载流子温度为3，600 K。所展示的光学技术可用于石墨烯输运性质的非接触和非侵入性原位检测。
2011-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Spectral and polarization dependencies of luminescence by hot carriers in graphene
从理论上考虑了石墨烯中热载流子的带间跃迁引起的发光。在中和近红外光谱区的发射与能量和浓度的热载流子的依赖关系进行了分析，它们是由所施加的电场和栅极电压。偏振依赖性由传播方向与石墨烯片的法线之间的角度确定。从外延石墨烯的大规模面积样品和从剥离的石墨烯的微观结构的辐射的特性被认为是。还给出了发射的平均角度效率。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Magneto-electric equivalence and emergent electrodynamics in bilayer graphene
由电场引起的物理效应与由磁场引起的物理效应在性质上是不同的，这是一个基本范例。在这里，我们表明，电子在双层石墨烯的狄拉克点经历一种不寻常的电磁类型，其中磁场和电场几乎是等效的：每个耦合的电子的自由度的磁场是匹配的一个类似的耦合的自由度相同的电场。物质-场相互作用的这种违反直觉的二元性使得能够通过外部场在双层石墨烯中产生和操纵自旋和伪自旋极化的新方法成为可能，并导致谷对比轴子电动力学的出现，其中静止电荷与电场和电荷电流与磁场的传统关联被逆转。
2012-06-21 cond-mat.mes-hall
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
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
A Graphene-based Hot Electron Transistor
我们通过实验证明了石墨烯基热电子晶体管的直流功能，我们称之为石墨烯基晶体管（GBT）。该制造方案与硅技术潜在地兼容，并且可以用标准硅技术在晶片规模上进行。GBT的状态可以通过施加到由石墨烯制成的晶体管基极的电势来切换。GBT的传输特性显示开/关电流比超过50.000。
2013-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ultrafast Hot-Carrier cooling in Quasi Freestanding Bilayer Graphene with Hydrogen Intercalated Atoms
利用飞秒太赫兹光泵浦探测光谱研究了准自由支撑双层外延石墨烯中热载流子的冷却动力学。我们观察到较长的衰减时间常数，在2.6至6.4 ps的范围内，与以前的研究相比，单层石墨烯，这增加非线性与激发强度。增加的弛豫时间是由于在氢嵌入之后石墨烯层与SiC衬底的解耦，这增加了石墨烯与衬底之间的距离。此外，我们的测量没有表明超碰撞机制与热载流子的冷却过程有关，这最终是通过电子光学声子散射实现的。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
AB-Stacked Multilayer Graphene Synthesized via Chemical Vapor Deposition: A Characterization by Hot Carrier Transport
我们报道了通过常压化学气相沉积在铜箔上合成AB堆叠的多层石墨烯，并展示了一种构建悬浮多层石墨烯器件的方法。在四端几何结构中，这种器件的特点是在温度低至240 mK和磁场高达14 T的热载流子输运。微分电导（dI/dV）在低温下纵向偏压V=0时表现出特征性的下降，表明由于弱的电子-声子耦合而存在热电子效应。在磁场下，通过增强的朗道能级内回旋声子散射，dI/dV下降的幅度减小。我们的研究结果为获得和理解AB堆叠的多层石墨烯提供了新的视角，这对未来基于石墨烯的应用很重要。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Transient absorption and photocurrent microscopy show hot electron supercollisions describe the rate-limiting relaxation step in graphene
使用瞬态吸收（TA）显微镜作为热电子温度计，我们发现无序辅助声-声子超碰撞（SC）最好地描述了在宽范围的晶格温度（$T_l=$ 5-300 K），费米能量（$E_F=\pm0.35$ eV），和光学探测能量（~0.3 - 1.1 eV）的石墨烯的限速弛豫步骤。与同时收集的瞬态光电流，一个独立的热电子温度计的比较，证实了在石墨烯中的速率限制的光学和电学响应是最好的描述SC-热耗散率模型，$H=A(T^3_e- T^3_l)$。我们的数据进一步表明，衬底支撑的石墨烯中的电子冷却速率是悬浮石墨烯片中的两倍，与SC模型对无序的预测一致。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Hot electrons modulation of third harmonic generation in graphene
超快（$\sim$ fs-ps）的光学和电子性质主要是由热电子决定的，它们被广泛应用于光电子学和光电探测等领域。我们在门控单层石墨烯上进行功率相关的三次谐波产生测量，并检测到三次谐波产生过程预期的三次幂律的显著偏差。我们把这归因于热电子的存在。我们的研究结果表明，基于石墨烯的非线性光子器件，如光调制器和频率转换器的性能，可以受到电子温度的变化，这可能是由于吸收的光功率或焦耳加热的增加而发生的。
2019-03-03 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
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
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
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
Graphene analogue BCN: femtosecond nonlinear optical susceptibility and hot carrier dynamics
三阶非线性吸收和折射系数的几层硼碳氮化物（BCN）和还原氧化石墨烯（RGO）悬浮液已被测量在3.2 eV的飞秒制度。与RGO中的饱和吸收相比，BCN表现出光限幅行为。BCN和RGO的非简并时间分辨差分传输表现出不同的弛豫时间。根据BCN的半导体电子能带结构与石墨烯的Dirac线性能带结构讨论了光学非线性和载流子动力学的这些差异。
2010-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ultrafast Relaxation Dynamics of Hot Optical Phonons in Graphene
利用超快光学泵浦探测光谱技术，研究了在碳化硅衬底上外延生长的单层和多层石墨烯薄膜以及在镍衬底上化学气相沉积的单层和多层石墨烯薄膜中热光学声子的弛豫动力学。在光激发后的前几百飞秒中，热载流子将其大部分能量损失到热光学声子的产生中，热光学声子随后成为随后载流子冷却的主要瓶颈。在短时间尺度上的光学声子冷却被发现是独立的石墨烯生长技术，层数，和类型的基板。我们发现平均声子寿命在2.5-2.55 ps范围内。我们用速率方程模拟了耦合载流子-声子系统的弛豫动力学，发现实验数据与理论符合得很好。提取的光学声子寿命与基于非简谐声子相互作用的理论非常吻合。
2009-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonperturbative quasi-classical theory of the nonlinear electrodynamic response of graphene
通过在弛豫时间近似下求解动力学玻尔兹曼方程，计算了单个石墨烯层对均匀、任意强电场$E(t)$的电磁响应。该理论在满足条件$\hbarω\lesssim 2E_F$的低频（微波、太赫兹、红外）下有效，其中$E_F$是费米能。我们调查的饱和吸收和高次谐波产生的影响，以及透射，反射和吸收的辐射入射在石墨烯层上，作为入射辐射的频率和功率的函数和辐射的比率散射阻尼率。我们表明，光学双稳态效应，预测在物理评论B 90，125425（2014）的基础上微扰的方法，消失时，该问题被完全解决。我们表明，在高功率辐射（$\gtrsim 100$ kW/cm $^2$）的作用下，反射和吸收系数都强烈降低，并且该层变得透明。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall
Surface polar optical phonon interaction induced many-body effects and hot-electron relaxation in graphene
我们从理论上研究了极性材料衬底上石墨烯中电子-表面光学声子相互作用效应的各个方面。我们计算的电子自能在表面声子介导的电子-电子相互作用的存在下，专注于如何线性手性石墨烯色散重整化的表面声子。利用多体微扰理论计算了考虑电子-极性光学声子相互作用的石墨烯中的电子自能和准粒子谱函数。计算了自由电子在介质基片中与表面光学声子极性相互作用的散射率随电子能量、温度和载流子密度的变化。讨论了屏蔽对自能和散射率的影响。我们的理论提供了一个全面的定量（和定性）图片表面声子相互作用诱导的多体效应和热电子弛豫狄拉克材料。
2013-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot phonon decay in supported and suspended exfoliated graphene
近红外泵浦探测光谱已被用于测量单层和多层石墨烯中光激发载流子的超快动力学。我们观察到两个衰变过程发生在100 fs和2 ps的时间尺度。第一个是由于系统中的快速电子-声子热化。第二个时间尺度被发现是由于热声子的缓慢衰减。使用一个简单的理论模型，我们计算热声子衰减率，并表明它是显着更快的单层薄片比多层的。在最近的索赔相比，我们表明，这种增强的衰减率是不是由于耦合到基板声子，因为我们也看到了同样的效果在悬浮薄片。可能的内在衰变机制，可能会导致这样的效果进行了讨论。
2010-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitation-Energy-Selective Control of Hot-Carrier Cooling via a Resonant Optical-Phonon Bottleneck in Graphene
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Georgetown University（乔治城大学）
研究通过石墨烯中的共振光学声子瓶颈实现了对热点载流子冷却的激发能选择性控制，揭示了载流子弛豫时间与激发光子能量之间的非单调依赖关系，并展示了通过增强光学声子寿命来抑制能量向晶格转移的机制。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Hot Phonons in an Electrically Biased Graphene Constriction
声子载流子相互作用可以对器件性能具有显著影响。它们可以通过测量声子寿命来探测，声子寿命反映了声子与其他准粒子，特别是载流子及其伴随声子的相互作用强度。载流子声子和声子-声子对声子寿命的贡献可以从温度依赖的研究中解脱出来。在这里，我们解决的重要性，声子载流子相互作用的焦耳加热的石墨烯收缩，以有助于理解的能量耗散在石墨烯为基础的电子器件。我们证明，无隙石墨烯授予电子声子相互作用不寻常的意义，特别是在低载流子密度。在常规半导体中，带隙通常防止声子通过电子-空穴产生而衰减，并且在金属或其他半金属中，费米温度过大而不能进入电子-声子耦合起主导作用的区域，如在石墨烯中在300至1600 K的研究声子温度区域中。
2010-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High field transport in graphene
在这项工作中，高场载流子输运在二维（2D）石墨烯进行了研究。基于光学声子发射的高散射率，应用解析模型来估计石墨烯中的饱和电流。用蒙特卡罗（MC）模拟方法研究了非平衡（热）声子效应。MC模拟证实了热声子效应在石墨烯的电流饱和中起主导作用。与热声子效应相比，由于弹性散射事件导致的电流退化要小得多。并对速度超调等瞬态现象进行了MC仿真研究。模拟结果表明，如果在没有带隙的情况下可以进行静电控制，则通过将沟道长度缩小到100 nm以下，石墨烯将被用于高速电子器件中。
2011-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Hot-Carrier Luminescence in Multilayer Reduced Graphene Oxide Nanospheres
我们报道了一种通过增强载流子散射而不是直接改变多层还原氧化石墨烯（rGO）纳米球中的能带结构来促进石墨烯材料中的光致发光发射的方法。我们有意地卷曲石墨烯层以形成纳米球，通过用球形聚合物模板还原氧化石墨烯来操纵载流子散射。这些纳米球产生热载流子发光，与平面纳米片相比，发射效率提高了十倍以上。随着激发功率的增加，纳米球的热载流子发光表现出异常的光谱红移，其动力学特征与增强的电子-声子耦合有关。这些实验结果可以通过考虑屏蔽库仑相互作用得到很好的理解。随着载流子密度的增加，降低的屏蔽效应促进载流子散射，这增强了来自这种多层rGO纳米球的热载流子发射。这种载波散射的情况下，进一步证实了泵浦探测测量。
2013-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Multiple Hot-Carrier Collection in Photo-Excited Graphene Moire Superlattices
在传统的光收集装置中，单个光子的吸收仅激发一个电子，这设定了功率转换效率的标准极限，例如肖克利-奎塞尔极限。原则上，每个吸收的光子产生和利用多个载流子可以提高效率并可能克服这个限制。在这里，我们报告了石墨烯-氮化硼莫尔超晶格结构中的多个热载流子收集的观察。利用石墨烯光能斯特效应实现了0.3安培/瓦的创纪录高零偏压光响应率，相当于超过50%的外量子效率，这表明每个吸收光子至少收集5个载流子。我们揭示了这种效应是由于低能Van Hove奇点处Lifshtiz跃迁增强了能斯特系数引起的，这是由于莫尔能带的形成而产生的一种新现象。我们的观察指出了一种基于范德华异质结构的极其有效和灵活的光电子学的新方法。
2016-03-16 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
Hot carrier and hot phonon coupling during ultrafast relaxation of photoexcited electrons in graphene
我们研究，通过蒙特卡罗模拟器，热声子效应的光激发石墨烯的弛豫动力学和其定量的影响相比，考虑平衡声子分布。我们的多粒子方法表明，忽略热声子效应显着低估了光激发石墨烯的弛豫时间。热声子效应对于较高的激发脉冲能量和$1$与$3\times 10^{12} \mathrm{~cm}^{-2}$之间的光生载流子密度更为重要。声学谷间声子起着不可忽视的作用，发射的声子的波长限制了最大值（由载流子浓度决定）诱导较慢的载流子冷却速率。由于额外的冷却路径，在衬底上的石墨烯中固有声子加热被阻尼，热声子效应显示出与载流子密度的强烈的逆相关性。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall
Hot carriers in an intrinsic graphene
考虑到带内能量弛豫由于声学声子散射和带间产生复合跃迁由于热辐射下的直流电场下的本征石墨烯中的载流子的加热。非平衡载流子的分布得到的情况下，当载流子间散射是不必要的，当载流子-载流子库仑散射有效地建立准平衡分布与温度和载流子的密度是由平衡方程确定。由于弱的能量弛豫和产生-复合过程之间的相互作用，发生非常低的非线性响应阈值。计算了弹性散射引起的动量弛豫情况下的非线性电流-电压特性。获得的电流-电压特性显示低阈值的非线性行为和外观的第二欧姆区，为强场。
2009-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot carriers in graphene -- fundamentals and applications
石墨烯中的热载流子表现出迷人的物理现象，在过去的十年中，对其的理解有了很大的提高。与传统金属中的热载流子相比，它们具有明显不同的物理性质。这主要是由于石墨烯的线性能量-动量色散、声子性质、全界面特性以及载流子密度可调谐到非常小的值，以及从电子掺杂到空穴掺杂。几年来，我们目睹了对石墨烯中热载流子技术应用的兴趣越来越大。特别感兴趣的是光学和光电应用，其中热载流子用于检测（光电检测），转换（非线性光子学）或发射（发光）光。在这些应用领域中，支持石墨烯的系统可能会得到广泛使用，并产生破坏性影响，例如在数据通信、高频电子和工业质量控制领域。这篇评论的目的是提供一个概述的最相关的物理和工作原理，是相关的应用开发热载流子在石墨烯。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall
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
Imaging, simulation, and electrostatic control of power dissipation in graphene devices
我们使用红外热显微镜直接成像功能的单层和双层石墨烯场效应晶体管（GFET）中的热点形成。与电热输运模型相关提供了对载流子分布、场和GFET功耗的深入了解。热点对应于沿着GFET的最小电荷密度的位置;通过改变所施加的偏压，这可以在电极之间移位或在双极传输中保持在沟道的中间。有趣的是，热点形状具有单层石墨烯与双层石墨烯中的态密度的印记。更广泛地说，我们发现，热成像结合自洽模拟提供了一种非侵入性的方法，更深入地研究纳米器件中的传输和能量耗散。
2010-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Oxide Photoreduction Recovers Graphene Hot Electron Cooling Dynamics
本研究通过光还原悬浮在聚合物基体中的还原氧化石墨烯（rGO），发现其可复现单层石墨烯的热电子冷却等理想光物理特性，揭示了缺陷对超碰撞冷却速率的调控机制。
2023-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hot-Carrier Seebeck Effect: Diffusion and Remote Detection of Hot Carriers in Graphene
我们调查热载流子传播通过石墨烯使用电非局部注入/检测方法。该器件由单层石墨烯片和多根金属引线组成。使用两个远程导线进行电加热，我们产生一个载流子温度梯度，导致剩余（检测器）导线上的可测量热电电压VNL。由于测量的非局部特性，VNL完全是由于塞贝克效应。值得注意的是，偏离焦耳功率P和VNL之间的普通关系，VNL ~ P，在低温下变得很明显，代表热载流子主导的热电指纹。通过研究VNL作为偏置的函数，我们直接确定了载流子温度和热载流子传播的特征冷却长度，这是依赖于热载流子传输的各种新应用的关键参数。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
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
Hot Carrier-Assisted Intrinsic Photoresponse in Graphene
石墨烯是一种在光电子学、光子学和能量收集应用中显示出高前景的新材料。然而，光电响应的基本物理机制尚未建立。在这里，我们报告了高质量的双栅单层和双层石墨烯pn结器件的本征光电响应。在p-n界面的局部激光激发导致作为底栅和顶栅电压的函数的引人注目的六倍光电压图案。这些图案，连同测量的空间和密度依赖性的光响应，提供了强有力的证据，非本地的热载流子传输，而不是光伏效应，占主导地位的内在的光响应在石墨烯。这种新颖的制度，其特点是长寿命和空间分布的热载流子人口，可能会打开大门的光电技术利用有效的能量传输在纳米级。
2011-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Power loss of hot Dirac fermions in silicene and its near equivalence with graphene
研究了硅烯中热狄拉克费米子与本征谷内和谷间声学和光学声子耦合的功率损耗$P$随电子温度$T_e$和密度$n_s$的变化关系.在非常低的$T_e$下，发现功率耗散遵循Bloch-Grüneisen幂律$\propto T_e^4$和$n_s^{-0.5}$，如在石墨烯中，并且对于$T_e \lesssim20-30$ K，功率损耗主要是由于谷内声学声子散射。另一方面，与石墨烯不同，在低至$\sim$ $30$ K的温度下，无色散的低能量谷间声学声子开始主导功率传递，并且光学声子在$T_e \gtrsim200$ K下主导。总功率损耗随着$T_e$而增加，在$300$ K下具有$\sim$ $10^{10}$ eV/s的值，其与石墨烯中的数量级相同。在较高的$T_e$下，由于谷内声学声子的功率损耗随$n_s$的增加而增加，而由于谷间声学声子和光学声子的功率损耗被发现与$n_s$无关。有趣的是，硅烯中的能量弛豫时间比石墨烯中的能量弛豫时间高约$4$倍。出于这个原因，硅烯在辐射热计和量热计中的应用可能优于石墨烯。功率转移到表面光学声子$P_{\text{SO}}$也研究了作为$T_e$和$n_s$的功能硅烯在Al $_2$ O $_3$基板，它被发现是大于本征声子的贡献在较高的$T_e$。讨论了基质工程以减少$P_{\text{SO}}$。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice deformation induced by hot carriers in graphene
本文研究了高强度短脉冲激光在石墨烯中产生的热电子在电子-声子弛豫时间内引起晶格形变的机制，并提出了一种描述该瞬态电子-晶格形变的玻尔兹曼方程。
2024-02-20 cond-mat.mes-hall
Polarization and plasmons in hot photoexcited graphene
我们提出了一个强大的和精确的方法来计算石墨烯的偏振函数和等离子体色散，为任意（各向同性）的非平衡载流子分布，在随机相位近似（RPA）。这是证明了一系列的载流子分布，包括热载流子分布发生在飞秒光激发后。我们表明，定性不同的行为从平衡的情况下，可以发生。由于极化函数决定了动态屏蔽，因此其计算对于量化远离平衡的石墨烯的载流子-载流子散射通道至关重要。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall
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
Plasmon-induced efficient hot carrier generation in graphene on gold ultrathin film with periodic array of holes: Ultrafast pump-probe spectroscopy
使用3.1 eV泵浦和相干白光探测（1.1至2.6 eV）的超快泵浦-探测反射率，我们表明，金纳米结构上的石墨烯表现出与有序晶格孔阵列的等离子体共振的强耦合，从而通过等离子体在石墨烯中注入高密度的热载流子。所研究的系统是单层石墨烯上的金薄膜与周期性排列的孔显示异常传输。并对有孔阵列和无孔阵列的金膜进行了比较。通过选择性地探测瞬态载流子动力学的光谱区域对应于等离子体共振，我们显示了有效的等离子体诱导的热载流子产生在石墨烯。我们还表明，由于高的电磁场强度在亚微米孔的边缘，快速的衰减时间（10 - 100 fs）和短的衰减长度（1 nm）的等离子体激元，一个高度受限的密度的热载流子（非常接近孔的边缘）产生的朗道阻尼的等离子体激元内的多孔金膜。观察到由于初始非均匀分布的热载流子远离空穴边缘的扩散对瞬态衰减动力学的贡献。我们的研究结果对于未来新型热载流子器件概念的应用具有重要意义，其中具有可调能量的热载流子可以在无缝连接的不同石墨烯区域中产生。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall
Hot-Carrier Cooling in High-Quality Graphene is Intrinsically Limited by Optical Phonons
许多有前途的光电子器件，如宽带光电探测器、非线性频率转换器和用于数据通信系统的构建块，都利用石墨烯中的光激发载流子。对于这些系统，它是必不可少的理解，并最终控制，光致热载流子分布的冷却动力学。然而，仍然有一个积极的辩论不同的机制，有助于热载体冷却。特别是，最终限制冷却动力学的内在冷却机制仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们通过研究两个技术相关的系统来解决这个问题，这两个系统由迁移率> 10，000 cm $^2$高质量石墨烯和不能有效吸收石墨烯电子热的环境组成：WSe $^{-1}$封装的石墨烯和悬浮的石墨烯。我们在室温下使用超快泵浦-探测光谱研究了这两种高质量石墨烯系统的冷却动力学。在这些系统中，通过无序辅助的声学声子散射和向环境的面外热传递进行冷却的效率相对较低，预计冷却时间为数十皮秒。然而，我们观察到更快的冷却，在几皮秒的时间尺度上。我们把这归因于一种内在的冷却机制，在热载流子分布中具有足够动能的载流子发射光学声子。在声子发射期间，电子系统不断地再热化，重新产生具有足够能量的载流子以发射光学声子。我们开发了一个分析模型，解释了所观察到的动态，冷却最终受到限制的光-声声子耦合。这些对石墨烯中热载流子本征冷却机制的基本认识将对石墨烯基光电子器件的发展起到关键的指导作用。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Soft Carrier Multiplications by Hot Electrons in Graphene
通过使用玻尔兹曼形式主义，我们表明，载流子倍增的碰撞电离可以发生在相对较低的电场在石墨烯中的电子输运。由于不存在能隙，这种效应不像传统半导体那样以场阈值为特征，而是电场的二次函数。我们还表明，所产生的电流是一个电子温度的增加函数，但随着载流子浓度的增加而减少。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall
Hot Carrier Transport and Photocurrent Response in Graphene
石墨烯中强的电子-电子相互作用预计将通过吸收单个光子而产生多重激发。我们发现，载流子倍增对光电流响应的影响是通过非常低效的电子冷却来增强的，从而导致大量的热载流子。热载流子介导的能量传输占主导地位的光响应，并体现在量子效率，可以超过统一，以及在一个特性的光电流的依赖于栅极电压。多个光电流符号的图案作为栅极电压的函数而改变，提供了热载流子主导的传输和载流子倍增的指纹。
2011-09-17 cond-mat.mes-hall
Graphene hot-electron light bulb: incandescence from hBN-encapsulated graphene in air
石墨烯优异的电子和机械性能使其能够承受非常大的电流，从而使其能够在悬浮设备中通过焦耳加热而白炽化。虽然科学上很有趣，技术上也很有前途，但这个过程在周围环境中是无法实现的，因为石墨烯在高温下会迅速氧化。在这里，我们通过用六方氮化硼（hBN）封装石墨烯，将石墨烯基白炽灯器件的性能提升到一个新的水平。值得注意的是，我们发现hBN封装即使在远高于2000 K的温度下也为热石墨烯细丝提供了优异的保护。hBN无与伦比的抗氧化性与原子级清洁的石墨烯/hBN界面相结合，使我们的器件在大气中连续运行数小时后仍能稳定发光。此外，当被限制在简单的光子腔中时，热发射光谱被腔模修改，将发射移动到可见范围光谱。我们相信，我们的研究结果表明，hBN/石墨烯异质结构可用于方便地探索技术上重要的高温制度，并为石墨烯基系统的未来光电应用铺平道路。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall
Hot carrier relaxation of Dirac fermions in bilayer epitaxial graphene
通过对Shubnikov-de Haas振荡和弱局域化的磁输运测量，实验研究了双层外延石墨烯中热狄拉克费米子的能量弛豫.热电子的能量损失率被发现遵循预测的布洛赫-Grüneisen幂律行为的$T^4$在载流子温度从1.4 K到$\sim$ 100 K，由于电子-声学声子相互作用的变形势耦合常数为22 eV。与单层石墨烯中的$n_e^{-0.5}$依赖性相反，在双层石墨烯中观察到$T^4$幂律的缩放中的载流子密度依赖性$n_e^{-1.5}$，导致能量损失率作为这两个系统之间的载流子密度的函数的交叉。双层石墨烯中的电子-声子弛豫时间也显示出强烈的载流子密度依赖性，而单层石墨烯中的载流子密度在很宽的范围内保持恒定。我们的研究结果和双层和单层之间的比较展示了石墨烯系统中热载流子动力学的更全面的画面。
2014-09-22 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
