Terahertz radiation driven chiral edge currents in graphene
我们观察在单层石墨烯样品中诱导的光电流的石墨烯边缘的照射与圆偏振太赫兹辐射在正常入射。光电流沿样品边缘流动并形成涡流。它的缠绕方向通过将轻螺旋度从左旋转换为右旋而反转。我们证明，光电流源于样品的边缘，这降低了空间对称性，并导致在辐射电场驱动下的载流子的非对称散射。理论计算与实验结果吻合较好。我们表明，边缘光电流可以应用于确定的导电类型和在石墨烯边缘附近的载流子的动量散射时间。
2011-07-19 cond-mat.mes-hall
The role of contacts in graphene transistors: A scanning photocurrent study
近场扫描光学显微镜用于在具有高空间分辨率的石墨烯晶体管中局部诱导光电流。通过分析空间分辨的光响应，我们发现，在n型导电制度的p-n-p结构形成沿石墨烯器件由于掺杂的石墨烯的金属接触。电子结构的改性不仅限于金属电极下方，而且延伸到石墨烯通道中0.2-0.3 μ m。根据从这种光电流成像方法获得的电势分布，讨论了在石墨烯晶体管中通常观察到的电子和空穴的不对称导电行为。此外，我们表明，光电流成像可用于探测单层/多层石墨烯界面。
2009-04-06 cond-mat.mes-hall
Hot-carrier photocurrent effects at graphene-metal interfaces
石墨烯的光激发导致一系列有趣的现象，其中一些可以在基于石墨烯的光电子器件中利用。特别地，具有升高的电子温度的电子分布的高效且超快的生成以及在破介界面处的光热电电压的伴随生成对于光感测和光捕获是感兴趣的。在这里，我们实验研究了石墨烯-金属界面处产生的光电流，重点是时间分辨光电流，光子能量，费米能量和光偏振的影响。我们表明，一个单一的框架的基础上光热电光电流的产生解释了所有的实验结果。
2014-11-20 cond-mat.mes-hall
Photocurrent in a visible-light graphene photodiode
我们计算了一个干净的石墨烯样品中的光电流，该样品通常被单色电磁场照射并受到阶跃状静电势的影响。我们认为光子能量$\hbarΩ$，显着超过势垒的高度，是在最近的实验与石墨烯为基础的光电探测器的情况。光电流来自于电子对光子的共振吸收，并且随着比率$\hbarΩ/U_0$的增加而减小。它受背景栅极电压的影响很小，并且取决于光偏振，如$\propto\sin^2γ$，$γ$是电势和偏振平面之间的角度。
2011-02-03 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
High Photocurrent in Gated Graphene-Silicon Hybrid Photodiodes
基于石墨烯/硅（G/Si）异质结的器件已经被证明是潜在地与半导体技术兼容的高响应度光电探测器。这样的G/Si肖特基结二极管通常与栅控G/二氧化硅（SiO $_2$）/Si区域并联，其中石墨烯接触。在这里，我们利用扫描光电流测量调查的空间分布，并解释在这些设备中的光电流产生的物理起源。我们观察到明显更高的光电流下的隔离区的石墨烯的SiO $_2$相邻的G/Si的肖特基结。在此之前需要一定的阈值电压（V $_T$），并且其起源类似于金属氧化物半导体场效应晶体管中的阈值电压。一个物理模型用来解释大的光电流下的SiO $_2$的反型层在Si中的形成。我们的研究结果有助于对石墨烯/半导体混合器件的基本理解，这反过来又有助于设计基于这种2D/3D异质结的高效光电子器件和系统。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall
Controlling Terahertz Spintronic Photocurrents in 2D-Semiconductor|Ferromagnet Heterostructures through a Functional Hybrid Interface
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Max Planck Institute of Microstructure Physics（马克斯·普朗克微观结构物理研究所）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；A*STAR (Agency for Science, Technology and Research)（新加坡科技研究局）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Max-Born-Institute for Non-Linear optics（马克斯·玻恩非线性光学研究所）；Centre for quantum technologies（量子技术中心）
通过功能化混合界面调控二维半导体与铁磁体异质结构中的太赫兹自旋光电流，揭示界面混合化在高效超快光电流生成中的关键作用。
2026-03-02 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
Dirac-point photocurrents due to photothermoelectric effect in non-uniform graphene devices
Q. Ma等人[1]最近报道了在具有非均匀几何形状的石墨烯器件中与电荷中性相关的强光电流，他们将其解释为在电荷中性下通过电子-电子碰撞的动量非弛豫性质增强的固有光响应。在这里，我们认为，载流子密度的梯度引起光电效应（PTE），该光电效应在电荷中性附近，即在pn结处强烈地达到峰值，并且由于边缘电容，这种pn结自然地出现在石墨烯器件的边缘处。使用已知参数，在存在电荷密度梯度的情况下的PTE效应预测了非均匀石墨烯器件中的光响应的符号、空间分布、栅极电压依赖性和温度依赖性，包括预测观察到的远离电荷中性的信号的符号变化，以及非单调的温度依赖性，这两者都不能通过石墨烯中的固有光电流来解释。我们提出了未来的实验，这可能会解开的PTE和固有的光电流在石墨烯器件的贡献。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall
Cyclotron-resonance-assisted photon drag effect in InSb/InAlSb quantum wells excited by terahertz radiation
我们报告的回旋共振辅助光子拖曳效应的观察。在静态磁场作用下，用太赫兹辐射斜入射，在InSb/InAlSb量子阱结构中探测到共振光电流。基于玻尔兹曼动力学方程的理论与实验结果符合得很好。我们发现，共振光电流起源于光子动量转移到自由电子急剧增强的回旋共振。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall
Helicity-dependent photocurrents in graphene layers excited by mid-infrared radiation of a CO$_2$-laser
本文报道了用CO $_2$激光器的中红外线激发石墨烯中螺旋度驱动的光电流的研究。用圆偏振辐射照射无偏的单层石墨烯片-在斜入射下-产生垂直于入射平面的电流，其符号通过切换辐射螺旋度而反转。我们表明，电流是由圆形$ac$霍尔效应和圆形光电流效应的相互作用。研究SiC衬底上生长的石墨烯层中的电流的频率依赖性，我们观察到电流在与SiC中的纵向光学声子相匹配的频率处呈现共振。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall
Edge photocurrent in bilayer graphene due to inter-Landau-level transitions
我们报道了太赫兹辐射和磁场作用下双层石墨烯边缘光电流的共振激发。在朗道能级（LL）之间的带间（在低载流子密度下）和带内（在高密度下）跃迁中都观察到共振激发的边缘光电流。虽然带内LL跃迁可以追溯到经典回旋共振（CR）并产生强共振特征，但带间LL共振具有量子性质，并导致测量的光电流谱中的较弱特征。所观察到的功能的幅度和偏振特性与半经典理论的带内边缘光电效应，包括其Shubnikov-de-Haas振荡在低温下同意。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall
Nano-photocurrent mapping of local electronic structure in twisted bilayer graphene
我们报告了一个相结合的纳米光电流和红外纳米显微镜研究的扭曲双层石墨烯（TBG），使访问本地电子现象的长度尺度短至20 nm。我们发现，光电流的变化标志在载流子密度跟踪本地超晶格态密度的TBG。我们使用这个属性来识别不同的局部扭转角的局部光电效应域。与光电流研究一致，红外纳米成像实验揭示了由扭曲角相关的带间跃迁主导的光学电导率特征。我们的研究结果提供了一个快速和强大的方法来映射TBG的电子结构，并建议类似的方法可以广泛应用于探测其他范德华异质结构中的莫尔超晶格的电子不均匀性。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall
Helicity sensitive terahertz radiation detection by dual-grating-gate high electron mobility transistors
报道了在双栅InAlAs/InGaAs/InAlAs/InP高电子迁移率晶体管（HEMT）中观测到太赫兹（THz）辐射激发的螺旋度敏感光电流。对于圆极化，在源极和漏极接触之间测量的电流随着辐射螺旋度的反转而改变其符号。对于椭圆极化辐射，总电流由具有不同权重的Stokes参数的叠加来描述。此外，通过施加到各个光栅的栅极电压的变化，光电流可以由定义辐射螺旋度的斯托克斯参数或用于线偏振的斯托克斯参数来定义。我们表明，人工非中心对称的微周期结构与太赫兹辐射激发的二维电子系统表现出直流光电流引起的空间周期性的平面内电位和空间调制光的联合作用。这一结果为DGG HEMT应用于辐射极化状态的全电探测提供了理论依据。
2015-07-06 cond-mat.mes-hall
Accurate Measurement of the Gap of Graphene/hBN Moiré Superlattice through Photocurrent Spectroscopy
与六方氮化硼（hBN）对齐的单层石墨烯在电荷中性点（CNP）处形成间隙。这种差距以前已经广泛研究了通过热活化测量的电输运。在这里，我们报告的石墨烯/hBN超晶格的CNP通过光电流谱研究的间隙大小的测定。我们展示了两种不同的测量方法来提取间隙大小。观察到的扭曲角小于1度的设备的最大值~ 14毫电子伏的间隙。这个值是显着小于从热活化测量得到的，但大于理论预测的单粒子间隙。我们的研究结果表明，晶格弛豫和适度的电子-电子相互作用的影响，可能会增加CNP的间隙在hBN/石墨烯超晶格。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall
Hexagonal network of photocurrent enhancement in few-layer graphene/InGaN quantum dot junctions
本文通过扫描光电流显微镜研究应变少层石墨烯/InGaN量子点结，发现光电流显著增强并呈现有序六角网络，揭示挠曲电效应诱导横向内建电场促进电子-空穴分离的机制，为应变二维材料的光电器件应用提供新思路。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall
High frequency impact ionization and nonlinearity of photocurrent induced by intense terahertz radiation in HgTe-based quantum well structures
报道了碲化汞量子阱在太赫兹辐射激发下的光电流和光电导的非线性行为。辐射强度的增加导致光电流的符号反转，并过渡到其对强度的超线性依赖性。光电导随光强的增加也呈现出超线性的增长。我们发现，所观察到的光响应的非线性所造成的带间\emph{light}碰撞电离的光子能量小于禁带的条件下。这种碰撞电离的特征是角辐射频率$ω=2πf$远高于倒数动量弛豫时间。因此，碰撞电离的发生仅仅是因为在高频电场存在下的碰撞。测量了宽度为5.7 nm的窄HgTe/CdTe量子阱的非线性效应，检测了不同频率（$f=0.6$ ~ 1.07 THz）和强度（高达数百kW/cm $^2$）的线偏振和圆偏振THz辐射的非线性效应.我们证明了碰撞电离的几率正比于辐射电场幅度$E$和特征场参数$E_0$的指数函数$\exp(-E_0^2/E^2)$。在4.2 ~ 90 K的较宽温度范围内都能观察到这种效应，其特征场随温度的升高而增大.
2018-12-04 cond-mat.mes-hall
Hyperbolic enhancement of photocurrent patterns in minimally twisted bilayer graphene
研究了扭曲双层石墨烯（TBG）的准周期莫尔条纹及其对电子性质的影响。在小扭转角$θ$下，由于原子重构，莫尔超晶格变形为分隔微米级AB和BA堆叠区域的窄畴壁网络。我们使用扫描探针光电流成像来解决发生在这些域壁的塞贝克系数的纳米级变化。所观察到的功能变得增强中红外频率的六方氮化硼（hBN），我们使用作为TBG基板，是光学双曲线的范围内。我们的研究结果说明了纳米光电流技术的新功能，探测纳米尺度的电子不均匀性的二维材料。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall
Photocurrent in Bismuth Junctions with Graphene
我们报道了一种利用半金属铋纳米线阵列与石墨烯耦合的室温光电探测器。石墨烯的结构平坦性和高电子迁移率为未来几代电子材料展示了巨大的潜力。石墨烯与铋纳米线阵列耦合，由于光捕获而具有强吸收。作为半金属的铋（Bi）补充了石墨烯的无间隙和移动性特性。Bi还具有与半导体相当的长屏蔽长度（4 nm）。拉曼光谱用于表征石墨烯和Bi之间的电荷转移。所分析的光谱包括可见光（350 nm）到近红外（980 nm）以及电信波段（1550 nm）。由于界面处的光生载流子对的产生和转移，由界面内建场产生的光电流是鲁棒的，而不牺牲检测光谱。我们观察到一个幂律频率依赖性的光响应超过三个数量级的激发频率与扩散时间的广泛分布一致。这些关键性质可以使得石墨烯与Bi的结能够应用于检测器和光捕获应用中。
2017-09-15 cond-mat.mes-hall
Magnetic injection photocurrents in valley polarized states of twisted bilayer graphene
Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克，巴斯克科学基金会）
本研究通过谷极化打破时间反演对称性，揭示了双层石墨烯中磁注入光电流的产生机制，用于区分不同自旋-谷极化场景。
2025-11-26 cond-mat.mes-hall
Unveiling the Miniband Structure of Graphene Moiré Superlattices via Gate-dependent Terahertz Photocurrent Spectroscopy
本文提出栅极依赖太赫兹光电流谱技术，探测石墨烯莫尔超晶格微带结构中的避免带交叉和微小能隙，并揭示非共振增强响应与体光电流机制，为低噪声太赫兹探测提供新平台。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast photocurrents in MoSe$_2$ probed by terahertz spectroscopy
我们利用太赫兹辐射光谱研究了典型的二维半导体过渡金属二硫属化物MoSe $_2$中的飞秒光电流动力学。我们确定了几种不同的机制产生太赫兹辐射响应于超短（$30\,$ fs）的光激发在双层（BL）和多层（ML）样品。在ML中，由于表面电场中光激发的载流子的漂移，面外电流产生皮秒时间尺度的THz辐射。BL发射由面内移位电流产生。最后，我们观察到的振荡约$23\,$太赫兹在从BL样品的发射。我们把振荡归因于两个激子态之间的量子拍频，能量分离为$\sim100\,$ meV。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge currents driven by terahertz radiation in graphene in quantum Hall regime
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Ioffe Insitute（约费研究所）
研究发现太赫兹激光照射量子反常霍尔 regime 中的无偏石墨烯会产生直接边缘电流，其成因是边缘电流的不平衡，由楚尔边缘通道中的间接跃迁驱动，电流方向由外部磁场极性决定，大小依赖辐射偏振。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall
Plasmonic drag photocurrent in graphene at extreme nonlocality
通常认为，在具有中心对称晶格的二维系统中，光电流产生于结构不均匀处，例如pn结。在这里，我们研究了与驱动电磁场的不均匀性相关的光电流产生的替代机制，称为“等离子体阻力”。它与从场到传导电子的直接动量转移相关联，并且可以由非局部非线性电导率$σ^{(2)}({\bf q},ω)$表征。通过建立一个充分考虑非局域性的非线性电导率的经典动力学模型，证明了当波相速度与电子费米速度一致时，非局域性电导率会共振增强。这种增强被解释为电子和波之间的相位锁定。我们讨论了一个可能的实验，其中非均匀场是由传播的石墨烯等离子体产生的，并找到了电流响应度与等离子体速度的上限。当波速接近费米速度时，该极限由共振生长的$σ^{(2)}({\bf q},ω)$和发散的电子动能之间的竞争设定。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall
Terahertz ratchet effects in graphene with a lateral superlattice
对太赫兹交变电场激发下石墨烯侧向超晶格的棘轮效应进行了实验和理论研究。沉积在单层石墨烯顶部上的横向超晶格通过具有不同宽度和间距的周期性重复的金属条或通过叉指状梳状双光栅栅（DGG）结构形成。我们表明，棘轮光电流太赫兹辐射激发和敏感的辐射偏振态可以有效地控制通过狄拉克点驱动系统的背栅，以及通过施加不相等的电压的DGG子光栅的横向不对称性变化。棘轮光电流包括塞贝克热棘轮效应以及对驱动电磁力的相应极化敏感的“线性”和“圆形”棘轮效应。考虑到计算的潜在的配置文件和近场作用于石墨烯中的载流子的电子和等离子体棘轮的实验数据进行了分析。我们表明，光电流的产生是基于一个空间周期性的面内电位和空间调制的光，由于近场效应的光衍射的组合作用。
2015-10-27 cond-mat.mes-hall
Infrared photodetection in graphene-based heterostructures: bolometric and thermoelectric effects at the tunneling barrier
该研究揭示含局域缺陷态的石墨烯/hBN/石墨烯隧穿器件中红外光电流源于电子加热导致的隧穿概率变化，并可据此测量电子温度。
2023-12-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast photo-thermoelectric currents in graphene junctions in the mid-infrared
Walter Schottky Institute and Physics Department, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学瓦尔特·肖特基研究所和物理系）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM School of Natural Sciences, Department of Chemistry and Atomistic Modeling Center, Munich Data Science Institute, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学学院化学系与原子模拟中心、慕尼黑数据科学研究所）；Two-Dimensional Crystal Consortium, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学二维晶体联盟）；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）；Department of Chemistry, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学化学系）；Department of Physics, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学物理系）；Department of Engineering Science and Mechanics, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学工程力学系）
研究石墨烯结在远红外波段的超快光电流特性，揭示了光热电效应主导行为及载流子弛豫时间随波长变化的机制。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall
Strong terahertz response in bilayer graphene nanoribbons
我们发现，存在一类石墨烯结构（双层石墨烯纳米带的子类），其在太赫兹（THz）和远红外（FIR）制度中具有异常强的光学响应。太赫兹/FIR有源双层带的峰值电导比石墨烯片中观察到的$e^2/4\hbar$的通用电导高大约两个数量级。太赫兹/FIR有源子类的标准是在$Γ$点附近具有一维无质量狄拉克费米子能量色散的双层石墨烯纳米结构。我们的研究结果克服了阻碍石墨烯在电子和光子学中潜在应用的重大障碍。
2009-05-26 cond-mat.mes-hall
Terahertz magneto-photocurrents in the topological insulator Bi$_2$Se$_3$ probe its topological surface states
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Rutgers, The State University of New Jersey（新泽西州立罗格斯大学）；CNR-IMM, Unit of Agrate Brianza（意大利国家研究委员会材料研究所阿格里特·布兰卡扎分部）
通过太赫兹磁光电流研究拓扑绝缘体Bi$_2$Se$_3$中拓扑表面态的淬灭机制，揭示自旋-电荷转换过程。
2026-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photocurrent in graphene harnessed by tunable intrinsic plasmons
石墨烯在红外和太赫兹中的光学特性可以通过将石墨烯图案化为具有亚波长特征尺寸的周期性超材料来定制和增强。在这里，我们展示了石墨烯纳米阵列中的偏振敏感和门可调光电探测。利用的长寿命的混合等离子体声子模式的电子密度振荡和基板（SiO2）的表面极性声子的耦合激发。它们的激发由s-极化导致的共振光电流的数量级大于p-极化，激发电子-空穴对观察到的光电流。等离子体探测器表现出光致温度增加高达四倍的可比2D石墨烯探测器。此外，由于光激发的混合等离子体声子和电子的衰变通道的差异，光电流符号在最新的纳米阵列中变得偏振敏感。我们的工作提供了一个路径的光敏和频率选择性光电探测器的基础上石墨烯的等离子体激元激发。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz radiation induced ballistic electron transport in graphene
我们研究了石墨烯中的超快载流子动力学与近红外瞬态吸收测量后，强烈的半周期太赫兹脉冲激发。太赫兹电场有效地驱动载流子，在近红外区域中诱导大的透明度。使用玻尔兹曼输运方程的理论计算定量再现的实验结果。这种良好的一致性表明，强太赫兹场应促进显着的碰撞电离过程，这导致光学声子发射的抑制，并导致有效的载流子输运在石墨烯中。
2012-06-07 cond-mat.mes-hall
Ultra-confined acoustic THz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy
太赫兹（THz）场被广泛应用于传感、通信和质量控制。在未来的应用中，它们可以通过石墨烯等离子体激元（GP）的激发被有效地限制，增强和操纵-远低于经典的衍射极限。这些可能性来自与光子波长1。相比强烈降低的GP波长lp，其可以通过经由电选通调制石墨烯的载流子密度来控制。最近，已经预测石墨烯-绝缘体-金属配置中的GP表现出线性色散（因此称为声学等离子体激元）和进一步减小的波长，这意味着改进的场约束，类似于导电衬底附近的二维电子气（2DEG）中的等离子体激元。虽然红外GP已经通过散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）可视化，但到目前为止，石墨烯和2DEG中强烈限制的THz等离子体激元的真实空间成像一直难以捉摸-仅观察到具有接近自由空间波长的GP。在这里，我们展示了真实空间成像的声学太赫兹等离子体在石墨烯光电探测器与分裂门架构。为此，我们引入纳米尺度分辨太赫兹光电流近场显微镜，其中近场激发的GP检测热电，而不是光学。片上GP检测简化了GP成像，因为可以避免复杂的s-SNOM检测方案。光电流图像揭示了强烈降低的GP波长（lp = 10/66），由GP与石墨烯下方的金属栅极耦合引起的线性色散，以及正载流子密度下的等离子体激元阻尼由库仑杂质散射主导。因此，声学GPS可以大大有利于深亚波长尺度THz器件的发展。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall
Photocurrent Enhancement of Graphene Photodetectors by Photon Tunneling of Light into Surface Plasmons
我们证明了通过相邻电介质的光子隧穿激发的表面等离子体共振增强了石墨烯光电探测器检测到的光电流。该装置是通过将石墨烯片覆盖在沉积在玻璃上的金膜中的蚀刻间隙上来创建的。检测到的光电流进行比较，为五个不同的激发波长，从nm到nm。与s-偏振光（没有表面等离子体激元共振）相比，用入射p-偏振光（共振表面等离子体激元激发的情况）激发的光电流被显著放大。我们观察到，光电流是更大的较短的波长（s和p-偏振），由于增加光热电流产生更高的阻尼在较短的波长激发的表面等离子体激元。光激发的石墨烯光电探测器的位置相关拉曼光谱分析表明金属边缘附近存在载流子。此外，我们表明，光电流的极性开关的间隙作为入射光穿过间隙移动的斑点。基于石墨烯的光电探测器提供了一种简单的架构，其可以在电介质波导上制造以利用用于检测的倏逝场的等离子体光电流增强。这些器件的应用包括光电检测、光学传感和直接等离子体检测。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge photocurrent driven by THz electric field in bi-layer graphene
我们报告的观察边缘电流激发双层石墨烯太赫兹激光辐射。结果表明，产生的电流属于二阶电场现象，并受太赫兹电场极化面方向的控制。另外，施加垂直于石墨烯平面的小磁场导致偏振依赖性的相移。增加磁场强度，电流开始表现出1/B磁振荡，其周期与Shubnikov-de-Haas效应的周期一致，并且与在相同条件下测量的零磁场下的电流相比，振幅大一个数量级。微观理论表明，电流形成于受载流子平均自由程和高频电场屏蔽长度限制的边缘附近。电流来源于自由载流子动量的排列和电荷在边缘处的动态积累，在边缘处P对称性自然被破坏。所观察到的光电流的磁振荡归因于朗道能级的形成。
2020-06-15 cond-mat.mes-hall
Graphene for Emission of Terahertz Radiation
石墨烯是由碳原子的单原子层组成的二维晶体。石墨烯中的电子和空穴表现为具有零有效质量和大（与半导体相比）费米速度的准相对论粒子。这些独特的物理性质可用于设计太赫兹辐射的探测器、发射器和调制器。在这里，我们讨论了使用石墨烯基结构发射太赫兹辐射的几个想法。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall
Photo-Nernst current in graphene
光电流测量为研究材料或器件的空间分辨光电和电学性质提供了强有力的手段。一般来说，光电流产生的机制有两类：涉及电子和空穴分离的机制，以及由电子温度梯度驱动的热电效应。在这里，我们介绍了后一类中的一个新成员：光能斯特效应。在垂直磁场中的石墨烯器件中，我们观察到沿着自由边缘均匀产生的光电流，在相对边缘处具有相反的符号。该信号是反对称的领域，显示出一个峰值与栅极电压在中性点两侧的翅膀相反的符号在低场，并表现出量子振荡在较高的领域。这些特点都是由能斯特效应与激光诱导电子加热解释。这种光能斯特电流提供了一个简单而清晰的示范肖克利-拉莫性质的长距离光电流产生在无间隙材料。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall
Graphene microbolometers with superconducting contacts for terahertz photon detection
我们报告的噪声和热导测量，以确定一个上限的性能石墨烯作为太赫兹光子探测器。石墨烯中灵敏的太赫兹检测的主要机制是电子系统的热辐射加热。为了研究使用这种机制来检测太赫兹光子的设备的特性，我们对石墨烯样品进行了约翰逊噪声测温测量。这些测量探测了二氧化硅上石墨烯在低温下的电子-声子行为。由于石墨烯中的电子-声子耦合较弱，因此采用具有大间隙的超导接触来限制热电子并防止其向外扩散。我们使用具有$T_\mathrm{c}\approx 10$ K的氮化铌引线来接触石墨烯。我们发现这些引线具有良好的欧姆接触，接触电阻非常低。我们的测量发现一个电子-声子的热导，依赖于温度平方高于4 K，是兼容的单太赫兹光子探测。
2013-07-18 cond-mat.mes-hall
Probing and modelling the localized self-mixing in a GaN/AlGaN field-effect terahertz detector
在GAN/AlGaN场效应太赫兹探测器中，定向光电流被映射在栅极电压和漏/源极偏压的二维空间中。研究发现，不仅光电流的大小，而且极性，可以调谐。一个准静态的自混合模型，考虑到局部太赫兹场提供了一个定量描述的探测器特性。强局域自混合被证实。因此，在亚微米尺度上设计太赫兹场的空间分布及其与场效应通道的耦合是非常重要的。
2012-03-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
The impact of nitrogen doping on the linear and nonlinear terahertz response of graphene
众所周知，杂质在石墨烯在光学和太赫兹频率下的线性和非线性响应中起着核心作用。在这项工作中，我们使用密度泛函紧束缚方法计算氮掺杂单层石墨烯的能带和带内偶极连接元。利用这些结果，我们计算了掺杂石墨烯的线性和非线性响应的太赫兹脉冲使用密度矩阵的方法在长度计。我们提出的线性和非线性迁移率以及三次谐波产生的石墨烯吸附和替代氮掺杂的各种掺杂密度的结果。我们发现，在石墨烯结构与取代氮掺杂比那些吸附氮的导带更抛物线。结果表明，取代掺杂对石墨烯的太赫兹迁移率和非线性响应的影响要大于吸附氮的影响。
2021-06-11 cond-mat.mes-hall
Infrared/Terahertz Spectra of the Photogalvanic Effect in (Bi,Sb)Te based Three Dimensional Topological Insulators
本文系统地研究了（Bi，Sb）Te基三维拓扑绝缘体中光电流的红外/太赫兹谱。我们证明，在很宽的频率范围内，从分数到几十太赫兹，光电流是由表面状态中激发的线性光电效应（LPGE）引起的。光电流谱表明，在低频下，由于自由载流子的类德鲁德吸收，LPGE出现。的光谱允许确定的室温载流子迁移率的表面状态，尽管存在的热激活残留杂质的材料散装。在一些样品中，我们观察到在30 ~ 60 THz之间的频率下线性光电流效应的增强，这归因于电子从螺旋表面到体导带态的激发。在此条件下，斜入射时，我们还观察到了由辐射螺旋度驱动的圆形光电流效应。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficient terahertz electro-absorption modulation employing graphene plasmonic structures
我们提出并讨论了基于石墨烯等离子体结构的太赫兹电吸收调制器。有源器件由一对自选通的石墨烯层组成，其被图案化为支持THz等离子体共振的结构。这些结构允许有效控制有效THz光学电导率，因此吸收，即使在比石墨烯中的Drude滚降高得多的频率下，其中大多数先前提出的基于石墨烯的装置变得低效。我们的分析表明，基于反射率的器件配置，工程设计，使电场增强的活性石墨烯对，可以实现非常高的调制深度，甚至~ 100%，在任何频率高达几十太赫兹。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall
Terahertz and Infrared Spectroscopy of Gated Large-Area Graphene
我们制作了一个厘米大小的单层石墨烯器件，具有栅电极，可以调制太赫兹和红外波的传输。利用时域太赫兹光谱和傅里叶变换红外光谱在一个较宽的频率范围内（10-10000 cm^{-1}），我们测量了动态电导率的变化引起的电门和热退火。这两种方法都能够有效地调节费米能量E_F，这反过来又修改了太赫兹的Drude类带内吸收以及中红外带间吸收的“2E_F起始”。这些结果不仅提供了对石墨烯中狄拉克费米子电磁响应的基本见解，而且还展示了大面积石墨烯器件的关键功能，这些功能是太赫兹和红外光电子器件所需的。
2012-04-21 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
Gate-tunable nearly total terahertz absorption in graphene with resonant metal back reflector
研究了金属背反射器（RMBF）对石墨烯薄膜的太赫兹波（THz）吸收特性。我们证明，石墨烯与RMBF的太赫兹吸收可以从几乎可以忽略不计，几乎全部通过调整外部栅极电压。这种奇特的几乎完全的THz吸收可以归因于法布里-珀罗腔效应，其增强了石墨烯的吸收并降低了反射。石墨烯-RMBF结构的吸收光谱也可以通过改变间隔层的厚度和介电常数来定制带宽和中心频率。
2013-11-09 cond-mat.mes-hall
Light matter interaction in WS$_{2}$ nanotube-graphene hybrid devices
我们研究了WS $_{2}$纳米管-石墨烯杂化器件中的轻物质相互作用。使用扫描光电流显微镜，我们发现，通过工程石墨烯电极WS $_{2}$纳米管，我们可以提高光生载流子的收集。我们观察到不均匀的空间光电流响应与$\sim 1\%$的外部量子效率在0 V的偏压。我们发现，缺陷起着重要的作用，可以用来增强和调整光生载流子的产生。
2014-12-04 cond-mat.mes-hall
Giant intrinsic photoresponse in pristine graphene
当费米能级与石墨烯中的狄拉克点匹配时，减少的电荷屏蔽可以显著增强电子-电子（e-e）散射以产生强相互作用的狄拉克液体。虽然e-e散射的主导地位已经导致了新的行为，如电子流体动力学流动，进一步的奇异现象已被预测，特别是在无质量狄拉克系统中的e-e散射的独特运动学。在这里，我们使用光电探针，这是高度敏感的电子散射的运动学，揭示了一个巨大的内在光电流响应在原始石墨烯。这种光电流只出现在电荷中性点，并在非零电荷密度突然消失。此外，在反射对称性破坏的地方观察到，并且在具有尖锐弯曲的自由石墨烯边缘处选择性地增强。我们的研究结果表明，光电流弛豫强烈抑制的急剧变化的快速光生载流子运动学在石墨烯时，其费米能级匹配的狄拉克点。中性狄拉克材料中强光电流的出现预示着新的能量收集功能，并突出了狄拉克流体光电响应中有趣的电子动力学。
2018-12-18 cond-mat.mes-hall
The effect of microscopic scattering on the nonlinear transmission of terahertz fields through monolayer graphene
本文利用载流子动力学的微观理论研究了室温下n掺杂单层石墨烯的非线性太赫兹响应。我们的紧束缚模型在长度规范中处理载流子-场相互作用，包括声子以及短程中性杂质散射，并充分考虑了Dirac点附近石墨烯的固有非线性响应。在微观上处理每个相互作用使我们能够将电流削波、声子产生和弹性杂质散射的贡献分开。虽然中性杂质散射和声子散射都是高度依赖于能量的，但我们发现它们对导带电子动力学的影响非常不同，并且它们可以一起帮助解释有关场依赖的太赫兹通过石墨烯传输的实验结果。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall
Quantum Size Effects in the Terahertz Nonlinear Response of Metallic Armchair Graphene Nanoribbons
利用含时微扰理论研究了量子尺寸对有限长金属石墨烯扶手椅型纳米带在外加电场作用下的太赫兹非线性响应的影响。我们的工作表明，量子化由于有限的长度的纳米，所施加的场分布，和扩大的石墨烯光谱都发挥了重要的作用，在所产生的非线性电导。在某些情况下，这些效应可以显着增强非线性超过无限长的金属扶手椅石墨烯纳米粒子。
2016-05-05 cond-mat.mes-hall
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
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
Nonlinear photocurrents in two-dimensional systems based on graphene and boron nitride
直流光电流可以在缺乏反转对称性的均匀介质中纯粹作为非线性效应产生，而不需要材料结或偏置电压来驱动它，这被称为光电流效应。这些电流强烈地依赖于辐射的偏振态，以及底层费米表面的拓扑性质，如其贝里曲率。为了研究带隙石墨烯（GG）、偏压双层石墨烯（BBG）和六方氮化硼（hBN）的本征光电流响应，我们利用密度矩阵的微扰展开计算了非线性电流.这允许在这些材料中的电磁场的二次响应的微观描述，我们分析作为温度和电子密度的函数。我们发现，在这些系统的固有响应是强大的，并允许在pA cm/W至nA cm/W的范围内的电流。在独立粒子水平上，基于hBN的结构的响应由于其相当大的带隙而仅在紫外线中是显著的。然而，当库仑相互作用占显式解决方案的贝特-萨尔彼得方程，我们发现，光电导强烈修改的过渡涉及激子能级的间隙区域，其光谱权重占主导地位的整个频率范围。石墨烯的偏压双层和带隙单层在可见光和红外窗口中具有强光电导性，允许几nA cm/W的光电流密度。我们进一步表明，更丰富的电子分散的BBG在低能量和改变其带隙的能力，按需允许更高的可调谐性的光电流，不仅包括其幅度，而且，和显着的，其极性。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Proposed ultra wide-band tunable THz RT lasers based on momentum space negative conductivity under electron streaming in hNB-graphene sandwiches
观察太赫兹损耗增益切换通过栅极上的偏置石墨烯三明治的传输解释下，在石墨烯中的电子流的响应。基于这一考虑，提出了太赫兹源，包括硅谐振器放置在三明治与电流在石墨烯中流动。它应该提供可调谐的偏置发射在宽太赫兹波段。该光源是直接模拟太赫兹的可调谐微波激光器演示。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall
Quantum ratchet effects induced by terahertz radiation in GaN-based two-dimensional structures
在纤锌矿（0001）取向的GAN/AlGaN低维结构中观察和研究了太赫兹辐射激发的光电流效应。所示的结构表示线性量子棘轮。实验和理论分析表明，所观察到的光电流与GaN基异质结中缺乏反型中心有关。
2008-05-07 cond-mat.mes-hall
Observation of suppressed terahertz absorption in photoexcited graphene
当光被半导体吸收时，由于带内跃迁，光激发的载流子增强了对远红外辐射的吸收。我们在单层石墨烯中观察到相反的行为，石墨烯是一种具有线性色散的零能隙半导体。通过使用时域太赫兹（THz）光谱结合光泵浦激发，我们观察到光激发石墨烯的太赫兹辐射的吸收减少。测得的微分电导率的光谱形状表现出非德鲁德行为。我们讨论了几种可能的机制，有助于观察到的低频非平衡光学响应的石墨烯。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall
