Reduced graphene oxide as ultra fast temperature sensor
我们证明了化学合成的还原氧化石墨烯（rGO）的优异的温度传感性能。研究发现，在80 ~ 375 K温度范围内，还原氧化石墨烯的电阻率随温度的升高而单调降低。通过在rGO传感器下保持和移除一块冰来展示超快速温度传感特性，其显示rGO的电阻在592毫秒内增加15%，并在8.92秒内恢复。将rGO的温度传感与标准铂热传感器（Pt 111）进行比较，发现rGO的灵敏度更好。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall
Ultra-low noise field-effect transistor from multilayer graphene
我们提出了低频电阻波动，或噪声，在石墨烯基场效应器件具有不同的层数。在单层器件中，噪声幅度随着载流子密度的增加而减小，这在具有两个或更多个层的器件中表现相反，在后一种情况下，噪声幅度抑制超过两个数量级。这种行为可以从外部电场对石墨烯能带结构的影响来解释，并提供了一种简单的基于传输的途径来将单层石墨烯器件与具有多层的石墨烯器件隔离。
2009-05-27 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium plasmon emission drives ultrafast carrier relaxation dynamics in photoexcited graphene
光激发石墨烯中载流子反转的快速衰减归因于光学声子发射和俄歇复合。等离子体激元发射提供了另一种途径，正如我们在这里所展示的，在超快时间尺度上驱动载流子弛豫动力学。在研究非平衡弛豫动力学时，我们发现等离子体激元发射有效地将反转转化为热载流子，然后通过光学声子发射提取其能量。这一机制不仅解释了所观察到的翻转的fs寿命，而且提供了原子薄的超快等离子体激元发射器的前景。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall
Native defects in ultra-high vacuum grown graphene islands on Cu(111)
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了超高真空（UHV）乙烯在Cu（111）上分解生长的石墨烯岛中的本征缺陷。我们通过调查其表观高度，原子分辨率成像和详细的隧道光谱表征这些缺陷。仅在石墨烯区域中发生的明亮缺陷被识别为石墨烯晶格中的C位点点缺陷，并且最有可能是单个C空位。在石墨烯和Cu区域中都观察到暗缺陷类型，并且可能是Cu表面中的点缺陷。我们还提出了数据显示的重要性，偏置和尖端终止的STM图像中的缺陷的外观和实现原子分辨率的能力。最后，我们提出了隧道光谱测量探测点缺陷的石墨烯岛的局部电子景观的影响。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall
Ultra-sharp lateral $p\text{-}n$ junctions in modulation-doped graphene
我们证明了超尖锐（${\lesssim}\,10\text{ nm}$）横向$p\text{-}n$结的石墨烯使用电子输运，扫描隧道显微镜，和第一性原理计算。$p\text{-}n$结位于石墨烯片的差分掺杂区域之间的边界处，其中一侧是本征的，而另一侧是通过靠近跨越薄绝缘阻挡层的$α$ $_3$薄片而被电荷掺杂的。我们提取$p\text{-}n$结对器件电阻的贡献，以在结宽度上设置边界。当本征区和掺杂区之间的边界由位于距石墨烯2 nm处的$α$ -RuCl $_3$的解理结晶边缘限定时，我们实现了超尖锐结。石墨烯、六方氮化硼和$α$ $_3$的异质结构中的扫描隧道光谱显示出在亚10 nm长度尺度上的潜在变化。第一性原理计算揭示了石墨烯的电荷掺杂在距离$α$ $_3$薄片边缘仅几纳米的范围内急剧衰减。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall
Silicon-CMOS Compatible In-Situ CCVD Grown Graphene Transistors with Ultra-High On/Off-Current Ratio
通过催化化学气相沉积（CCVD），在氧化硅衬底上直接实现原位生长单层石墨烯场效应晶体管（MoLGFET）和双层石墨烯晶体管（BiLGFET），而不需要转移石墨烯层。原位生长的MoLGFET表现出预期的狄拉克点以及典型的低开/关电流比。相比之下，BiLGFET具有单极p型器件特性，具有高达1 E7的极高开/关电流比。完整的制造过程是硅CMOS兼容。这将允许在混合硅CMOS环境中简单且低成本地集成用于纳米电子应用的石墨烯器件。
2011-11-28 cond-mat.mes-hall
A sensitive calorimetric technique to study energy (heat) exchange at the nano-scale
每当发生化学反应时，反应物和环境之间都存在能量交换，这被定义为反应的焓。在过去的几十年中，研究已经导致越来越多的微米或纳米尺度的器件。传感器、催化剂和能量存储系统越来越多地被开发为代表商业“宏观”物体的构建块的纳米器件。目前还没有一种直接评价这类系统能量平衡的通用方法。量热法是研究能量交换的有力工具，但它通常需要宏观样品量。在这里，我们报告一个原始的实验设置能够检测温度变化低至10毫K的样品中的10纳克使用的温度计设备具有的物理尺寸为5x 5平方毫米的发展。该技术已被用来测量在钛修饰的单层石墨烯的吸附过程中的H2的焓释放。这些温度计的灵敏度足够高，以检测10^（-10）摩尔的氢吸收，对应于0.2 ng，具有约23 uJ的焓释放。实验设置允许，在透视图中，甚至更小的尺寸的可扩展性。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Characterizing wave functions in graphene nanodevices: electronic transport through ultrashort graphene constrictions on a boron nitride substrate
我们提出了通过在六方氮化硼衬底上的短而窄（30x30 nm）的单层石墨烯收缩的电子输运测量。虽然库仑阻塞的一般观察与早期的工作是兼容的，但细节不是：我们表明，电荷局部化的区域可以显着大于收缩的区域，这表明负责库仑阻塞的局部状态泄漏到石墨烯块体中。然而，石墨烯在六方氮化硼上的高体迁移率似乎与看到库仑阻塞所需的短体局部化长度不一致。为了解释这些发现，电荷必须主要沿着器件的不完美边缘定位，并沿着收缩部外部的边缘延伸。为了更好地理解的机制，我们比较了实验结果与紧束缚模拟这样的收缩与无序的边缘。最后，我们根据这些新发现讨论了以前的实验。
2014-06-20 cond-mat.mes-hall
Ultra-sensitive Hall sensors based on graphene encapsulated in hexagonal boron nitride
石墨烯在六方氮化硼中的包封为衬底上的石墨烯提供了优异的材料质量。在这里，我们提出了基于石墨烯氮化硼异质结构的霍尔传感器元件的制造和表征，其中我们在室温下获得高迁移率和低电荷电荷密度。我们展示了详细的器件特性，包括真空和环境条件下的霍尔效应测量。我们实现了高达5700 V/AT和3 V/VT的电流和电压相关灵敏度，分别超过了最先进的硅和III/V霍尔传感器器件。最后，我们提取了一个由小于50 nT/pHz的低频电噪声限制的磁分辨率，使我们的石墨烯传感器在工业应用中非常有趣。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall
Ultra-low-voltage bilayer graphene tunnel FET
在这项工作中，我们提出了双层石墨烯隧道场效应晶体管（BG-TFET）作为一个适合与当今技术的制造和电路集成的设备。它在超低电源电压下提供高Ion/Ioff比，而不受石墨烯纳米带电路集成的禁止性光刻和图案化要求的限制。我们的调查是基于解决方案的耦合泊松和薛定谔方程在三维空间中，在非平衡格林（NEGF）形式主义的紧束缚哈密顿量。我们表明，仅几百meV的小可实现的间隙仍然足以用于有前途的TFET操作，即使对于仅0.1 V的电源电压，也提供超过10^3的大Ion/Ioff比。这种性能的关键是双层石墨烯的低量子电容，其允许在室温下获得小于20 mV/十倍的极小亚阈值摆幅S。
2009-06-06 cond-mat.mes-hall
Giant magnetoresistance in ultra-small Graphene based devices
通过计算跨越桥接两个金属石墨烯电极的有限之字形石墨烯带的自旋极化电子输运，我们证明，作为原理证明，具有100%磁阻的设备可以完全由碳制成。在基态，一个短的锯齿形带是一个反铁磁绝缘体，当连接两个金属电极时，它充当抑制电导的隧道势垒。磁场的应用使带状物变成铁磁性和导电性，从而显著增加电极之间的电流。我们预测在液氮温度和10特斯拉或在液氦温度和300高斯在这个系统中的大的磁阻。
2008-11-24 cond-mat.mes-hall
New Aspects of Photocurrent Generation at Graphene pn Junctions Revealed by Ultrafast Optical Measurements
石墨烯独特的电学和光学性质使其成为光电应用的一个有前途的候选者。一个重要但尚未探索的方面是光激发的热载流子在石墨烯界面处的电荷和能量传输中的作用。在这里，我们进行时间分辨（~250 fs）扫描光电流显微镜上的可调石墨烯PN结。超快泵浦-探测测量产生的光电流响应时间从室温下的~ 1.5ps增加到20 K下的~ 4ps。结合光电流幅度对环境温度的可忽略的依赖性，这意味着热载流子而不是声子在高频下主导能量传输。依赖于门的泵浦探测测量表明，热电和内置电场效应有助于激光脉冲激发的光电流。每个贡献的相对权重取决于结配置。单个激光束激发也显示作为载流子密度的函数的多个极性反转，这是碰撞电离的特征。我们的研究结果增强了对石墨烯中非平衡电子动力学、电子-电子相互作用和电子-声子相互作用的理解。他们还确定了潜在的基于石墨烯的光子检测，传感和通信的超快设备操作速度（~500 GHz）的基本限制。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Transport through ultra-narrow Zigzag Graphene Nanoribbons: non-equilibrium charge and bond currents
研究了超窄石墨烯纳米带（sub- $10nm$）中的电子非线性输运. { \it odd}锯齿型石墨烯纳米带（ZGNR）在正负极性下的I-V特性曲线均出现负微分电阻（NDR）稳定区。这种负折射率起源于一个由选择规则引起的输运能隙，该规则阻止了ZGNR的断开能带之间的电子跃迁。基于这一转变规律，电流的开/关比随着带长的增加呈指数增加，直到$10^5$。此外，电荷效应和键电流的空间分布也研究了通过使用非平衡格林函数形式主义的存在下，在平均场水平的电子-电子相互作用。另一方面，我们还进行了通过钝化的石墨烯纳米颗粒的传输的{ \it ab initio}密度泛函理论计算，以证明传输带隙对锯齿形边缘的氢终止的鲁棒性。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Tunable Ultrafast Thermal Relaxation in Graphene Measured by Continuous-Wave Photomixing
由于石墨烯的电子热容小、电子-声子耦合弱，石墨烯中的热电子效应非常显著，但石墨烯中热电子的动力学和冷却机制还不完全清楚。我们描述了一种新的光电流光谱方法，该方法使用石墨烯光热探测器中的连续波激光的混合来测量作为载流子浓度和温度的函数的石墨烯中的热电子冷却的频率依赖性和非线性。该方法提供了无与伦比的灵敏度的非线性，探测超快冷却的热载流子的光学通量，是数量级小于传统的时域方法，允许精确表征附近的电荷中性的电子-声子冷却。我们的测量结果表明，附近的电荷中性点的非线性功率依赖的电子冷却占主导地位的无序辅助碰撞，而在较高的载流子浓度的常规动量守恒冷却占主导地位的非线性依赖。这些竞争机制的相对贡献可以通过施加栅极电压进行静电调节-这是石墨烯特有的效果。
2016-11-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast unbalanced electron distributions in quasicrystalline 30° twisted bilayer graphene
扭曲的双层石墨烯层表现出各种奇异的量子现象1 -5。今天，扭转角Θ已经成为探索物质新状态的重要自由度，即二维超导性（Θ = 1.1°）6，7和二维准晶（Θ = 30°）8，9。本文报道了在准晶30°扭曲双层石墨烯（QCTBG）中光诱导狄拉克费米子超快动力学的实验观察。我们发现，热载流子是不对称分布在两个石墨烯层之间，其次是相反的飞秒弛豫，通过使用时间和角度分辨的光电子能谱。关键的机制涉及不同的层之间的载流子输运和从衬底界面的瞬态掺杂。Umklapp散射后，这是由准结晶度的无公度层间堆叠引起的超快动力学方案继续。原子层中的动力学开辟了新应用的可能性，并在范德华晶体的光电子学中建立了跨学科的联系。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
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
Performance limits due to thermal transport in graphene single-photon bolometers
本文通过建模石墨烯测辐射热计中的电子热扩散与电子-声子耦合，分析了输入-读出距离对探测器性能的限制，证实了超导读出在红外单光子探测中的可行性，并预测约2.7 ps的时间抖动，进而提出空间模式分辨探测器以提升通信带宽。
2024-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultra-Clean Freestanding Graphene by Platinum-Metal Catalysis
虽然独立的清洁石墨烯对于各种应用是必不可少的，但是在将石墨烯转移到期望的衬底之后用于去除聚合物层的现有技术仍然留下显著的污染物。我们发现了一种利用铂金属的催化性能制备超清洁独立石墨烯的方法。聚合物残留物的完全催化去除需要在175至350°C的温度下在空气中退火。低能电子全息研究证明，这种方法的结果在超干净的独立石墨烯。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magic-angle bilayer graphene nano-calorimeters -- towards broadband, energy-resolving single photon detection
由于中红外和太赫兹频率中的超低光子能量，在这些波段中，光电探测器是众所周知的不发达，并且宽带单光子探测器（SPD）是不存在的。先进的SPD利用纳米结构超导体中的热效应，由于其高电子热容，其性能目前仅限于更高能的近红外光子。在这里，我们展示了一个超导魔角扭曲双层石墨烯（MAG）设备，该设备能够利用其创纪录的低热容量和急剧的超导转变来检测超低能量的单光子。我们从理论上量化了它的量热光响应，并估计其检测限。该器件可以探测从可见光到亚太赫兹的超宽范围单光子，响应时间约为4 ns，能量分辨率优于1 THz。这些特性使MAG成为一种特殊的长波长单光子传感材料，它将给量子信息处理和射电天文学等领域带来革命性的变化。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Tunable Graphene Electronics with Local Ultrahigh Pressure
我们通过使用原子力显微镜（AFM）金刚石尖端施加超压（> 10 GPa）来实现石墨烯有效掺杂的微调。石墨烯薄片中的特定区域相对于SiO2基底不可逆地变平。我们的工作代表了第一次展示了具有纳米精度的非常稳定的有效p掺杂石墨烯区域的本地创建，这是通过一系列技术明确验证的。重要的是，掺杂强度单调地取决于所施加的压力，从而允许石墨烯电子器件的受控调谐。通过这种掺杂效应，微压改性包括选择性地改性石墨烯区域以改善其与金属电极的电接触的可能性，如导电AFM所示。密度泛函理论计算和实验数据表明，这种压力水平诱导石墨烯和下面的SiO2衬底之间的共价键合的开始。我们的工作开辟了一条方便的途径，通过压力调整二维材料和范德华异质结构的电子与纳米分辨率。
2019-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice relaxation, mirror symmetry and magnetic field effects on ultraflat bands in twisted trilayer graphene
由于电荷中性点附近存在超平带，扭曲石墨烯多层膜表现出强相关的绝缘态和超导电性。采用全紧束缚模型研究了不同堆叠方式的扭曲三层石墨烯（tTLG）中超平带对晶格弛豫和磁场的响应。我们表明，晶格弛豫是不可缺少的理解的电子性质的tTLG，特别是，在镜像对称的存在下的tTLG。晶格弛豫使费米能级附近的准粒子谱重整化，并改变高能平带的局域化。此外，与扭曲双层石墨烯不同，Hofstadter蝴蝶谱可以在实验室可获得的磁场强度下实现。我们的工作验证了tTLG作为一个更可调的平台比扭曲的双层石墨烯在强相关现象。
2021-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Coulomb impurities in graphene driven by ultrashort electromagnetic pulses: Excitation, ionization, and pair creation
本研究针对带隙单层石墨烯中带电杂质形成的二维人工相对论性原子，建立超短电磁脉冲诱导电子跃迁的理论，借助非微扰骤扰近似推导并分析了激发、电离及电子-空穴对产生概率的解析表达式。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of Ultrafast Carrier Dynamics in Epitaxial Graphene
使用超快光泵浦-探测光谱，我们已经测量了SiC晶片上生长的外延石墨烯层的载流子弛豫时间。我们发现两个不同的时间尺度与非平衡光生载流子的弛豫。在70-120 fs范围内的初始快速弛豫瞬态之后是0.4-1.7 ps范围内的较慢弛豫过程。较慢的弛豫时间被发现是成反比的石墨烯层中的结晶无序的程度，如通过拉曼光谱测量。我们与测量的快，慢的时间常数载流子和载流子声子带内和带间散射过程中的石墨烯。
2007-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical-Pump Terahertz-Probe Spectroscopy of the Carrier Relaxation and Recombination Dynamics in Epitaxial Graphene
利用光泵太赫兹探测光谱研究了外延石墨烯中光生电子和空穴的超快弛豫和复合动力学。石墨烯在太赫兹频率下的电导率取决于载流子浓度以及载流子能量分布。因此，时间分辨的电导率的研究可以用来探测与载流子带内弛豫和带间复合相关的动力学。我们首次报道了外延石墨烯中的电子-空穴复合时间。我们的研究结果表明，载流子冷却发生在亚皮秒的时间尺度和带间复合时间的载流子密度依赖。
2008-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Band-Gap Renormalization in Bilayer Graphene
Christian Albrecht University of Kiel（基尔大学）；Institute of Experimental and Applied Physics, Christian Albrecht University of Kiel（基尔大学实验与应用物理研究所）；Ruprecht Haensel Laboratory, German Electron Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心鲁普雷希特·亨塞尔实验室）；Kiel Nano, Surface and Interface Science KiNSIS, Christian Albrecht University of Kiel（基尔纳米、表面与界面科学研究所 (KiNSIS), 基尔大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）；Dimensional Crystal Consortium, Materials Research Institute, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所二维晶体联盟）；Center for 2-Dimensional and Layered Materials, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学二维及层状材料中心）；Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学原子级厚度多功能涂层中心）
通过光诱导层间电荷转移和热点载流子增强屏蔽，实现双层石墨烯中超快带隙调控
2026-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Ballistic graphene array for ultra-high pressure sensing
针对石墨烯压阻效应限制压力灵敏度的问题，本研究通过薄膜理论证实微型化可提升性能，提出的弹道石墨烯传感器阵列可测10^9Pa超高压，单位面积灵敏度更高，可用于下一代NEMS压力传感器。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Large Scale Fabrication of Graphene Based Nano-electromechanical Contact Switches With Ultra-low Pull-in Voltage
纳米机电（NEM）接触开关已经被广泛研究以抑制传统互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管的局限性。NEM接触开关的属性包括降低的功耗、降低的关态漏电流、增加的通态电流和亚热开关。然而，不可接受的高吸合电压和低接触寿命对在节能CMOS应用中使用NEM接触开关提出了重大挑战。在这里，我们展示了一种基于石墨烯的静电致动NEM接触开关，具有超低的吸合电压和显著的接触寿命改善。这通过使用金电极上的石墨烯作为接触材料来实现。石墨烯NEM接触开关采用石墨烯作为接触材料，具有0.5 V的超低吸合电压和超过1.5x10^6次循环的高接触寿命。开关还表现出优异的开关性能，具有10^8的高开/关比，100 fA的极低关态电流和0.1 V的小滞后窗口。
2022-11-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultra-strong Adhesion of Graphene Membranes
随着机械结构进入纳米级，范德华力的影响增加。石墨烯对于纳米机械系统是有吸引力的，因为它的杨氏模量和强度都是固有的高，但石墨烯的机械行为也受到范德华力的强烈影响。例如，该力将石墨烯样品夹持到衬底上，并且还将多层样品中的各个石墨烯片保持在一起。在这里，我们使用加压起泡测试来直接测量石墨烯片与氧化硅衬底的粘附能。我们发现单层石墨烯的粘附能为0.45 \pm 0.02 J/m2，含有2-5个石墨烯片的样品的粘附能为0.31 \pm 0.03 J/m2。这些值大于在典型的微机械结构中测量的粘附能，并且与固/液粘附能相当。我们将其归因于石墨烯的极端灵活性，这使得它能够符合即使是最光滑的衬底的形貌，从而使其与衬底的相互作用更像液体而不是固体。
2011-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transient response under ultrafast interband excitation of an intrinsic graphene
从理论上研究了本征石墨烯在超快激发下由无碰撞带间跃迁引起的载流子瞬态演化。分析了准弹性声子散射引起的能量弛豫和热辐射引起的带间产生-复合跃迁。载流子的分布得到的极限情况下，当载流子-载流子散射可以忽略不计，当载流子间散射施加准平衡分布。瞬态光学响应（差分反射率和transmittance）的探测辐射和瞬态光电导（响应弱直流电场）似乎是强烈依赖于载流子的弛豫和复合动力学。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ultrafast graphene photodetector
石墨烯的电子性质是独特的，并吸引了越来越多的关注，这种新的二维系统。它的光子特性同样令人印象深刻。例如，这个单原子层通过直接带间跃迁在非常宽的波长范围内吸收相当大一部分光（~2.3%）。然而，虽然在电子学中的应用正在被大力追求，但光子应用并没有引起太多的关注。在这里，我们报告超快光电流响应测量石墨烯（单层和多层）场效应晶体管（FET）高达40 GHz的光强度调制频率，使用1.55微米的激发激光。在最高测量频率下没有观察到光响应退化，证明了在光子学中使用石墨烯的可行性和独特优势。进一步的分析表明，这种基于石墨烯FET的光电探测器的固有带宽可以超过500 GHz。最值得注意的是，这种石墨烯光电探测器中的光载流子的产生和传输与目前已知的半导体光电探测器中的光载流子的产生和传输根本不同，导致显著高的带宽、零源极-漏极偏置（因此零暗电流）操作和良好的内部量子效率。
2009-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast THz Faraday Rotation in Graphene
采用太赫兹（THz）法拉第旋转测量研究p型CVD石墨烯中的载流子动力学。我们在磁场中使用静态和时间分辨偏振敏感的THz透射测量来探测GaAs、InP和石墨烯中的自由载流子。静态测量探测平衡载流子密度和动量散射率。时间分辨（光泵/太赫兹探测）测量探测光激发后这些量的变化。在典型的CVD石墨烯样品中，我们发现在800 nm处用1*10^13光子/cm 2脉冲光激发后0.5ps，有效空穴散射时间从37 fs降低到34.5fs，而载流子浓度从2.0*10^12/cm 2增加到2.04*10^12/cm 2，导致膜的电导率瞬时降低。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudo-magnetic field-induced ultra-slow carrier dynamics in periodically strained graphene
在应变石墨烯中产生伪磁场已经成为一种有希望的途径，可以观察到实验室超导磁体无法实现的有趣的物理现象。扫描隧道光谱实验已经成功地测量了赝朗道能级，并证明了各种应变石墨烯系统中赝磁场的存在。在高度变形的石墨烯中观察到的这些巨大的伪磁场可以基本上改变石墨烯的光学性质，超过外部磁场可以实现的水平，但是这种伪磁场的影响的实验特征尚未被揭示。在这里，使用时间分辨红外泵浦探测光谱，我们提供了明确的证据，超慢载流子动力学的伪磁场在周期性应变石墨烯。在石墨烯纳米柱中产生的~100 T的强赝磁场可以使热载流子的弛豫过程明显减速一个数量级以上。我们的发现为利用伪磁场实现的石墨烯新物理学提供了不可预见的机会，用于光电子学和凝聚态物理。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Hall Effect Measurement of Spin-Orbit Coupling Strengths in Ultraclean Bilayer Graphene/WSe2 Heterostructures
我们研究了双层石墨烯/少层WSe 2异质结器件中邻近诱导的自旋轨道耦合（SOC）。接触模式原子力显微镜（AFM）清洁产生超清洁界面和高迁移率器件。在垂直磁场中，通过测量量子霍尔效应确定了面外Ising和面内Rashba SOC的Landau能级结构.当采用双栅极独立调节电荷密度和位移场时，会出现明显的Landau能级交叉图案，这源于层选择性SOC邻近效应.通过分析朗道能级交叉点和测量的朗道能级间能隙，得到了邻近诱导的SOC能量尺度。Ising SOC为~ 2.2 meV，比石墨烯中的本征SOC高100倍，而其符号与预测SOC依赖于层间扭转角的理论一致。Rashba SOC约为15 meV。最后，我们推断了朗道能级间库仑相互作用对磁场的依赖性。这些超净双层石墨烯/WSe 2异质结构提供了一个高迁移率的系统，有可能实现新的拓扑电子状态和操纵纳米结构中的自旋。
2019-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transmission through a defect in polyacene: the extreme limit of ultra narrow graphene
我们计算了电子通过聚并苯中杂质的透射率。为了简单起见，我们把无序限制在单个单胞内，但推广到多个单胞是很简单的。现场和非对角缺陷被认为是。当杂质保持围绕中心轴的反转对称性时，散射问题可以简化为两个独立的链与两种类型的原子的交替序列。
2008-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Minimum Conductivity and Evidence for Phase Transitions in Ultra-clean Bilayer Graphene
在电荷中性点（CNP）处的双层石墨烯（BLG）对电子相互作用非常敏感，并且预期经历相变进入具有自发破缺对称性的状态。通过系统地研究大量的单栅和双栅双层石墨烯（BLG）器件，我们发现绝缘状态只出现在具有高迁移率和低非本征掺杂的器件中。这种绝缘状态有一个相关的转变温度Tc~ 5 K和能隙~3 meV，从而强烈建议一个缺口破坏对称性状态，被破坏的非常弱的无序。到本征对称性破缺态的跃迁可以通过无序、面外电场或载流子密度来调谐。
2012-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
AC magnetometry of van der Waals magnets using ultrasensitive Graphene Hall sensors
Seoul National University（首尔大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
针对探测二维材料动态磁特性需灵敏检测纳米级微弱磁场的需求，本研究利用超灵敏石墨烯霍尔传感器对铁磁性Fe3-xGeTe2纳米薄片实现定量交直流磁测量，首次在范德华磁体中完成高灵敏度高相位精度的交流磁化率测量，确立其为研究二维极限附近磁相和超导相的强大平台。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fractional Quantum Hall phases of graphene beyond ultra-short range intervalley-anisotropic interaction
本文使用精确对角化和Yukawa相互作用模型超越超短程假设，发现放弃USR条件会改变单层石墨烯$ν=2/3$的相变边界，产生新键序相并使铁磁相分裂为两个竞争态。
2025-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A nearly relaxation-free opto-electronic memory from ultra-thin graphene-MoS$_2$ binary hybrids
石墨烯和其他二维晶体的超薄平面异质结构最近引起了人们的极大兴趣。石墨烯/氮化硼组件中非常高的载流子迁移率现在已经得到了很好的建立，但是已经预期适当设计的混合物也可以执行其他任务。石墨烯和二硫化钼（MoS $_2$）的异质结构由于MoS $_2$中的光学带隙而预期对光照射敏感。尽管在具有石墨烯和MoS $_2$两者的器件架构方面取得了显著进展，但迄今为止尚未实现二元石墨烯-MoS $_2$杂化物，并且这种结构的有希望的光电性质仍然难以捉摸。在这里，我们实验证明，石墨烯上的MoS $_2$二元异质结构显示出意想不到的和显着的持久的光电导下的白光照射。光电导性不仅可以与光强度和背栅电压两者独立地调谐，而且响应于光和栅电压脉冲的合适组合，该器件用作可重写光电开关或存储器。持久的，或“ON”，状态显示几乎没有松弛或衰减的实验时间尺度内的低和中等的光激发强度，表明一个近乎完美的电荷保留。微观模型将MoS $_2$中载体的持久性与强定位相关联。这些效应在室温下也可观察到，并且具有化学气相沉积的石墨烯，因此对于大面积应用自然是可扩展的。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Opto-Electronic and Thermal Tuning of Third-Harmonic Generation in a Graphene Field Effect Transistor
本文在hBN封装的石墨烯场效应晶体管中结合晶格温度、电子掺杂和全光学调谐，实现了三次谐波产生高达85%的调制深度及栅极可调超快动力学，为纳米尺度超快光学调制器、探测器和频率转换器设计提供了关键依据。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast electronic read-out of diamond NV centers coupled to graphene
非辐射传输过程通常被视为光发射体的损耗通道，因为它们本质上很难通过实验进行评估。最近，已经表明，发光体，如荧光团和金刚石中的氮空位中心，可以表现出强的非辐射能量转移到石墨烯。到目前为止，转移的电子激发的能量被认为是在石墨烯的电子浴内损失的。在这里，我们证明了转移的激励可以读出通过检测相应的皮秒时间分辨率的电流。我们用电子学方法检测金刚石中氮空位中心的自旋，并通过电子自旋共振控制氮空位中心向石墨烯的非辐射转移。我们的研究结果开辟了将氮空位中心作为自旋量子位纳入超快电子电路和电子捕获非辐射转移过程的途径。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Interfacial Charge Transfer and Electronic Structure Modulation in Ultrathin Graphene P3HT Hybrid Heterostructures
Kırıkkale University（基里姆卡莱大学）；Sabanci University（萨班奇大学）
研究揭示了P3HT-石墨烯异质结中分子结构对电荷转移的调控机制，为高效率聚合物-石墨烯光伏器件设计提供指导。
2025-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Optical Control of Ultrafast Photocurrent in Graphene
本研究探索超快尺度下单层石墨烯光电流的光学调控，分析光电流与谷极化的差异，发现不同偏振的ω-2ω激光可分别实现二者的独立调控，且应变工程可提升光电流幅值，为相关领域应用提供新思路。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Graphene Light Emitter
本研究展示了电驱动超快石墨烯发光器，实现10 GHz带宽和可见至近红外发射，通过hBN封装增强辐射并实现高效冷却，为片上光源提供新途径。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On-chip transfer of ultrashort graphene plasmon wavepackets using terahertz electronics
本文提出通过欧姆接触注入电脉冲在片上电学产生、操控和读出太赫兹石墨烯等离激元波包，实现1.2 ps脉宽、极端三维空间束缚及约30%转换效率，为范德瓦尔斯异质结构中的片上等离激元信号处理提供新平台。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
