Coherent Absorption Synergizes with Plasmon-Enhanced Graphene Terahertz Photo-thermoelectric Response
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Guangdong Province Key Laboratory of Display Material and Technology, and School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University（中山大学光电材料与技术国家重点实验室、广东省显示材料技术重点实验室、电子与信息学院）
本研究通过结合相干吸收与等离子体增强石墨烯结构，显著提升太赫兹吸收率并实现高响应率的室温光电热电探测技术。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall
Competing Channels for Hot Electron Cooling in Graphene
我们报道了高质量双栅单层石墨烯（MLG）pn结器件的温度依赖性光电流测量。一个光热电（PTE）效应支配的光电流响应在我们的设备，使我们能够跟踪热电子温度和探测热电子冷却通道在很宽的温度范围内（4 K至300 K）。在高温（$T > T^*$）下，我们发现峰值光电流和热点尺寸都随温度降低，而在低温（$T < T^*$）下，我们发现相反的情况，即峰值光电流和热点尺寸随温度增加。这种非单调的温度依赖性可以理解为两种热电子冷却路径之间的竞争：（a）在低温下占主导地位的（内在）动量守恒正常碰撞（NC）和（b）在高温下占主导地位的（外在）无序辅助超碰撞（SC）。我们的高品质样品中的门控使我们能够首次在同一设备中解决两个过程。峰值温度$T^*$取决于载流子密度和无序浓度，从而允许以前所未有的方式控制石墨烯的光响应。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall
Optimizing Broadband Terahertz Modulation with Hybrid Graphene/Metasurface Structures
我们展示了有效的太赫兹（THz）调制的宽带太赫兹超颖表面器件强烈耦合石墨烯。这种由周期性金狭缝阵列制成的太赫兹超表面显示出近单位宽带传输，这是由狭缝中增强的局部场的相干辐射引起的。利用石墨烯作为具有可调电导率的有源负载，我们可以显着修改的局部场增强和强烈调制太赫兹波传输。这种混合器件也为石墨烯的非线性太赫兹光谱研究提供了一个新的平台。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall
Optimizing superlattice bilayer graphene for a fractional Chern insulator
本文通过计算三角和方形超晶格下双层石墨烯的能带结构与量子几何，确定了优化分数量子陈绝缘体稳定性的参数区间，为实验实现FCI提供指导。
2025-05-08 cond-mat.mes-hall
Optimizing quantum transport in multi-barrier graphene systems using differential evolution
School of Physical Sciences, Dublin City University（都柏林城市大学物理科学学院）
本文利用微分进化算法优化多障碍物石墨烯系统的量子传输，通过转移矩阵方法和正则化技术实现高精度传输控制。
2026-03-08 cond-mat.mes-hall
Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector
本文通过片上电学读出和氧化锌顶栅设计，在带宽达220 GHz的石墨烯光电探测器中揭示了光热电转换的瞬时提取与费米能级依赖的带内散射调控机制，为超快石墨烯光电子器件提供了关键支撑。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimizing isotope and vacancy engineering in graphene ribbons to enhance the thermoelectric performance without degrading the electronic properties
热电优值ZT的提高需要增加功率因数或降低声子电导，甚至两者兼而有之。在石墨烯中，高的声子热导率是限制热电转换的主要因素。因此，提高ZT的常用策略是引入声子散射体以抑制声子电导，同时保持高电导和塞贝克系数。尽管热电性能最终得到增强，但基于该策略的所有研究均显示电导显著降低，通常导致较低的电子性能。在这项研究中，我们表明，适当的来源的障碍，包括同位素和空位在最低的电子密度的位置，可以被用作声子散射体，以减少在石墨烯带的声子电导，而不会降低电导，特别是在低能量区域，这是最重要的范围为设备操作。通过半经验紧束缚和力常数模型结合非平衡格林函数的原子计算，我们发现石墨烯带的自然电子性质可以完全保留，同时其热电效率大大提高.对于宽度M = 5二聚体线的带，室温ZT从小于0.26的无缺陷带提高到大于2.5。这项研究很可能为新一代具有双电子热电功能的纳米器件设定里程碑。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall
Optimizing Dirac fermions quasi-confinement by potential smoothness engineering
随着高迁移率封装的石墨烯器件的出现，已经设想并实现了由狄拉克费米子光学支配的新电子部件。电子光学器件的主要组成部分是栅极p-n结，它可以引导、传输和吸收石墨烯载流子，就像光学中的棱镜和透镜一样。反射和透射由pn结的平滑度决定，这是一个在传统器件中难以调谐的参数。在这里，我们创建pn结在石墨烯，使用扫描栅显微镜的极化尖端，产生法布里-珀罗干涉条纹的设备电阻。我们使用尖端到石墨烯的距离控制pn结的平滑度，并使用更平滑的势垒显示出更高的干涉对比度。广泛的紧束缚模拟表明，光滑的势垒诱导一个显着的准限制的狄拉克费米子下的尖端，产生增强的干涉对比度。相反，尖锐的势垒是很好的狄拉克费米子发射器，导致对比度差的干扰。我们的工作强调了结的光滑性对相对论电子光学器件工程的重要性。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall
Current Saturation and Surface Polar Phonon Scattering in Graphene
我们提出了一个研究的极性绝缘衬底上的石墨烯器件的传输使用紧束缚模型。使用多波段玻尔兹曼处理的流动性计算。我们提供了表面极性声子对低场迁移率的贡献随载流子密度、温度和距衬底的距离的缩放。在高偏压下，我们发现石墨烯的自热效应对于解释所观察到的饱和电流行为是必不可少的。我们预测，通过优化器件的冷却，高偏置电流可以显着增强。
2009-10-26 cond-mat.mes-hall
Optimizing Thermal Transport in Graphene Nanoribbon Based on Phonon Resonance Hybridization
声子共振杂化作为调控纳米结构中热输运的一种重要方法，已成为声子工程领域的一个重要研究课题。在这项工作中，我们优化声子输运通过石墨烯纳米管，并获得最小化的热导通过设计柱纳米结构的基础上共振杂交。具体而言，热导的优化是通过原子格林函数和贝叶斯优化相结合来进行的。有趣的是，研究发现，对于柱撑结构，热导率随着柱撑结构数目的增加而非单调地减小，柱撑结构作为共振器被切断，阻碍了声子输运。进一步的模式分析和原子格林函数计算表明，这种反常的趋势源于在很宽的频率范围内声子透射率的降低。此外，考虑高阶声子散射，进行了非平衡分子动力学模拟，以验证结果。这一发现为纳米结构中声子输运的控制提供了新的见解。
2021-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Demonstration of XOR Operation in Graphene Magnetologic Gates at Room Temperature
我们报告了在室温下建立在石墨烯上的磁逻辑门的实验演示。这种磁门由三个铁磁电极组成，接触单层石墨烯自旋通道，并依赖于石墨烯中的自旋注入和自旋输运。我们利用自旋注入的电偏压调整来平衡输入，并达成异或逻辑运算。此外，器件性能的模拟表明，通过优化器件参数，如器件尺寸，可以实现对自旋电子学应用的实质性改善。这一进展有望成为基于自旋的信息处理的基本组成部分。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall
Auxiliary Calculations for Graphene-Based Quantum Hall Arrays Using Partially Recursive Star-Mesh Transformations
本文通过部分递归星形-网状变换方法，研究石墨烯基量子霍尔阵列器件中优化高有效量子化电阻所需元件数量的策略，发现至少一次完全递归可最大程度减少总元件数。
2024-02-22 cond-mat.mes-hall
Inducing and Optimizing Magnetism in Graphene Nanomesh
利用第一性原理计算，我们探讨了石墨烯纳米网（GNM）的电子和磁性，一个规则的网络的大空位，无论是光刻或纳米压印。当去除石墨烯二分晶格的相等数量的A和B位点时，主要由Z字形（扶手椅）型边缘制成的纳米网表现出反铁磁（自旋非极化）状态。而在亚晶格对称性破缺的情况下，则得到稳定的铁磁态。对于氢钝化的纳米网，形成能显著降低，并且发现基态强烈依赖于空位的形状和大小。对于三角形孔，所得到的净磁矩随去除的A和B位置的数目之差而增加，这与Lieb定理（对于偶数A+B）一致。对于奇数A+B三角形网格和所有非三角形纳米网格的情况，包括偶数A+B的情况，Lieb定理不再成立，这可以部分归因于扶手椅边缘的引入。此外，大的三角形形状的GNM可以像非三角形GNM一样鲁棒，为克服自旋磁性的关键挑战之一提供了可能的解决方案。最后，显着的交换分裂值高达$\sim 0.5$ eV的高度不对称的结构，证明了潜在的GNM室温碳基自旋电子学可以得到。这些结果表明，从0维石墨烯纳米片到具有Z字形边缘的整个1维石墨烯纳米带到GNM的转变破坏了未成对电子的局部化，并提供了与基于Lieb定理的规则的偏离。这种电子的离域导致系统的基态从针对石墨烯纳米带讨论的反铁磁窄隙绝缘体切换到铁磁或铁磁金属。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimizing thermoelectric performance of graphene antidot lattices via quantum transport and machine-learning molecular dynamics simulations
本研究通过结合机器学习分子动力学和量子输运模拟，系统优化石墨烯反点晶格的热电性能，发现中等几何参数可实现ZT值接近2，为高效热电转换提供新途径。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of doping on non-equilibrium carrier dynamics in graphene
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Technical University Chemnitz（开姆尼茨工业大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
本文通过钾掺杂调控石墨烯的掺杂水平，利用trARPES研究其超快载流子动力学，发现掺杂增加会降低电子温度和冷却速率，为优化石墨烯光电器件提供新见解。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Delay Analysis of Graphene Field-Effect Transistors
在这封信中，我们分析了石墨烯场效应晶体管（GFET）中的载流子传输延迟。GFET在蓝宝石衬底上以晶片级制造。对于栅长为210 nm的器件，去嵌入前后的电流增益截止频率fT分别为18 GHz和22 GHz。从栅极电容Cgs和Cgd的缩放行为中提取内部电容（Cgs，i，Cgd，i）和外部电容（Cgs，ex和Cgd，ex）允许获得本征延迟（τ_int）、非本征延迟（τ_ext）和寄生延迟（τ_par）。此外，本征延迟的提取提供了一种新的方法来直接估计从实验数据的载波速度，而总延迟的分解成本征，非本征和寄生组件可以提供有价值的信息，优化RF GFET结构。
2011-12-20 cond-mat.mes-hall
Effect of doping on hot-carrier thermal breakdown in perforated graphene metasurfaces
本文研究掺杂对穿孔石墨烯超表面热载流子热击穿S形伏安特性的影响，揭示相关电热正反馈机制，为优化该类结构的电子、光电器件提供框架。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall
Magnetoresistive effect in graphene nanoribbon due to magnetic field induced band gap modulation
通过施加均匀的垂直磁场（B-field），扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）的电子性质可以从半导体状态显著改变为金属状态。在这里，我们从理论上研究了由垂直的B-场引起的带隙调制。所施加的B场导致最低的传导子带和最高的价子带彼此靠近以形成n=0的朗道能级。我们利用这种效应来实现设备相关的MR调制。与传统的自旋阀不同，这种固有的MR效应是在不使用任何铁磁引线的情况下实现的。二聚体数目Na= 3 p +1 [p= 1，2，3，.]显示最有前途的行为MR应用，具有大的电导调制，因此，在最佳的源极-漏极偏置的高MR比。然而，由于费米函数分布的扩展，在较高温度下MR被抑制。我们还研究了源漏偏置在优化MR的重要性。最后，我们表明，边缘粗糙度的AGNRs有意想不到的效果，提高磁灵敏度的设备，从而增加MR比。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall
Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures
我们报道了一种双极场效应隧穿晶体管，它利用了石墨烯的低态密度和它的一个原子层厚度。我们的概念验证设备是石墨烯异质结构，具有原子级薄的氮化硼作为隧道势垒。它们表现出室温开关比~50，通过优化器件结构可以进一步提高该值。这些器件具有高频操作和大规模集成的潜力。
2011-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond photoresponse in van der Waals heterostructures
二维（2D）晶体，例如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD），呈现出独特且互补的光电性质的集合。在垂直异质结构中组装不同的2D材料可以在一个器件中组合这些特性，从而创建具有卓越性能的多功能光电系统。在这里，我们证明了石墨烯/WSe 2/石墨烯异质结构将TMD的高光电探测效率与石墨烯的皮秒光响应相媲美，从而优化了单个光电探测器的速度和效率。我们遵循的时间在这些设备中使用时间分辨光电流测量的光激发载流子的提取，并证明了光响应时间短至5.5 ps，我们调整通过施加偏压和通过改变TMD层的厚度。我们的研究提供了直接的洞察到的物理过程，这些范德华（vdW）异质结构的检测速度和量子效率，如面外载流子漂移和复合。对超快和高效光电探测的观察和理解证明了基于混合TMD的异质结构作为未来光电子器件平台的潜力。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall
Gate-Voltage Tunability of Plasmons in Single and Multi-layer Graphene Structures: Analytical Description and Concepts for Terahertz Devices
石墨烯在宽频率范围内的强光-物质相互作用开辟了石墨烯的大量光子学应用。本文的目标是提出的等离子体激元的电压可调性在门控单层和多层石墨烯结构。提出了等离子体互连和天线的器件概念及其用于太赫兹通信的性能。第一次，栅电压和栅电介质的厚度对石墨烯中等离子体激元传播特性的作用通过考虑界面陷阱电容和量子电容来量化。栅极电压作为一个强大的旋钮来调整载流子浓度，并允许构建电气可重构的太赫兹器件。通过优化栅极电压，以最大限度地提高等离子体激元的传播长度在一个门控的多层石墨烯几何形状，我们得出简单的缩放趋势，给直观的洞察设备建模和设计。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding Disorder in Monolayer Graphene Devices with Gate-Defined Superlattices
本研究通过纳米图案化超晶格在石墨烯器件中引入可控无序，结合实验与模拟揭示无序主要源于纳米孔尺寸变化，为优化纳米制造工艺提供指导。
2024-08-16 cond-mat.mes-hall
Enhanced Terahertz Thermoelectricity via Engineered van Hove Singularities and Nernst Effect in Moiré Superlattices
本研究利用莫尔能带工程，在石墨烯莫尔超晶格中借助范霍夫奇点和小磁场下的太赫兹能斯特效应增强太赫兹热电响应，为高性能太赫兹光电器件提供了新平台。
2025-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Fractal-like star-mesh transformations using graphene quantum Hall arrays
针对石墨烯量子霍尔阵列难以获得高有效量子化电阻的问题，提出类分形递归星网变换设计，证明用不超过200个外延石墨烯元件即可实现1 EΩ量级电阻。
2023-09-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene Terahertz Devices for Sensing and Communication
本综述聚焦石墨烯太赫兹器件在分子传感（如农药、DNA检测）和通信调制（门控吸收调制等）的最新进展，分析两者互利关系，为相关领域未来研发提供参考。
2024-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic graphene photodetector based on channel photo-thermoelectric effect
我们提出了一种片上CMOS兼容的石墨烯等离子体光电探测器的基础上发生在整个均匀的石墨烯通道的光热电效应（PTE）。所提出的光电探测器结合了长距离介质加载表面等离子体激元（LR-DLSPP）波导与金属条同时作为等离子体激元支撑金属材料和金属电极之一。横向磁（TM）等离子体激元模式的大的平面内分量可以有效地耦合到石墨烯，从而导致整个石墨烯沟道上的大的温度增加，其中最大值位于金属条边缘处。结果表明，在1550 nm的通信波长下，仅用几十μW的输入功率就可以获得超过12000 K的电子温度。即使有诸如石墨烯的熔化温度（T= 4510 K）的限制，在1550 nm的电信波长处也可以实现超过至少200 A/W的响应度。它还表明，在一定的操作条件下，PTE通道光电流可以从光伏和pn结PTE的贡献提供了一种有效的方式，优化整体光电探测器的性能隔离。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Diffusive and Ballistic Transport in Ultra-thin InSb Nanowire Devices Using a Few-layer-Graphene-AlOx Gate
本研究制备超薄InSb纳米线并提出少层石墨烯结合ALD生长AlOx的新型栅控方案，通过低温输运测量观测到电导平台与法布里-珀罗干涉，证实少量子模式下的相位相干输运，为减轻半导体量子器件的无序影响提供了新途径。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale CMOS-compatible graphene Josephson field-effect transistors
本文提出晶圆级CMOS兼容的石墨烯JoFET制备工艺，实现低接触电阻、顶栅可调临界电流和邻近诱导超导，为石墨烯集成量子电路奠定基础。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Influences of the Minkowski-Bouligand Dimension on Graphene-Based Quantum Hall Array Designs
本研究针对高阻量化霍尔阵列电阻标准（QHARS）的设计优化问题，改进了基于对称递归的数学框架，探讨了分形维数的作用，发现部分递归方案虽增加器件用量，但在近1吉欧阻值区间的目标阻值获取灵活性优于完全递归方法。
2025-07-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Atomic-scale imaging of graphene nanoribbons on graphene after polymer-free substrate transfer
Universidad de Granada（格拉纳达大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；University of Bern（伯尔尼大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
本研究利用STM/STS表征无聚合物湿法转移至石墨烯基底后的9-AGNRs，发现扶手椅型纳米带保持结构完整性而修饰边缘拓扑发生改变，并揭示费米能级对齐差异，为可靠集成原子级精确GNRs提供框架。
2025-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Implementing Pseudofractal Designs in Graphene-Based Quantum Hall Arrays using Minkowski-Bouligand Algorithms
本研究提出伪分形分析方法优化石墨烯基QHARS，用Minkowski-Bouligand算法分析拓扑分形维数，探索三种部分递归设计，在提升电阻取值灵活性的同时可推广至其他量子霍尔系统。
2025-07-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optimizing the sensitivity of high repetition rate broadband transient optical spectroscopy with modified shot-to-shot detection
针对瞬态光谱需高激光注量的局限，研发了90kHz高重复率宽带瞬态光谱仪，通过改进调制与数据处理方案将噪声降至商用1kHz仪器的十分之一，可测低维材料弱信号。
2023-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Star-Mesh Quantized Hall Array Resistance Devices
本文利用1.01 MΩ石墨烯QHARS器件验证Y-Δ（星形-网状）变换，使其输出近20.6 MΩ，为以更少元件实现100 MΩ和10 GΩ量子电阻并缩短溯源链提供方案。
2023-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
