Probing Carrier Dynamics in sp$^{3}$-Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes with Time-Resolved Terahertz Spectroscopy
通过在半导体单壁碳纳米管中引入共价键sp $^{3}$缺陷，可以使半导体单壁碳纳米管中的激子局域化，并产生红移的近红外发光。这些功能化的单壁碳纳米管的单光子发射特性使它们成为电驱动量子光源的有趣候选者。然而，sp $^{3}$缺陷对碳纳米管中载流子动力学和电荷输运的影响仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们使用超快，时间分辨的光泵太赫兹探测光谱作为一个直接和定量的技术，调查的微观和温度依赖性的电荷传输特性的原始和功能化（6，5）单壁碳纳米管的分散体和薄膜。我们发现sp $^{3}$官能化增加了载流子散射，从而降低了纳米管内载流子迁移率。结合单壁碳纳米管网络场效应晶体管的电测量，这些数据使我们能够区分内纳米管能带传输，sp $^{3}$缺陷散射和纳米管间载流子跳跃的纳米管网络的整体电荷传输特性的贡献。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Amplification of Terahertz Radiation by Grating-Gate Graphene Structures
我们报告太赫兹（THz）辐射通过光栅栅石墨烯沟道晶体管纳米结构传输的实验研究，并证明了室温THz辐射放大电流驱动的等离子体激元激发。具体地说，随着直流电（dc）下的周期性电荷密度调制的增加，我们观察到一个强烈的太赫兹等离子体共振吸收的红移，其完全漂白，其次是放大和蓝移的共振等离子体频率。我们的研究结果是，据我们所知，第一次实验观察到的能量转移从直流电流等离子体激元导致太赫兹放大。我们提出了一个简单的模型，允许所观察到的放大现象的唯象描述。该模型表明，在直流电流存在下，辐射诱导耗散修正对载流子密度太赫兹振荡和漂移速度之间的相移敏感，并随着电流的增加而变为负值，导致放大。本工作的实验结果都是在室温下获得的，为新型的基于二维等离子体激元的电压可调太赫兹辐射放大器铺平了道路。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Interaction of terahertz electromagnetic field with metallic grating: Near-field zone
我们已经建立了太赫兹辐射与亚波长金属光栅相互作用的理论。研究了金属光栅下电磁波的近场电场结构。得到了透射波通过光栅时的电场分量和电场能量密度的空间分布。已经检测到强的局部增强的电场的效果。分析了近场区透射波偏振的空间依赖性。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Influence of nanotube length and density on the plasmonic terahertz response of single-walled carbon nanotubes
我们在频率0.3-1000 THz和温度10-530 K范围内测量了由不同平均长度的成束单壁碳纳米管（CNTs）组成的薄膜的电导率谱。所观察到的温度引起的太赫兹电导率谱的变化强烈依赖于平均CNT长度，与1太赫兹左右的电导率增加/减少，随着温度的增加，短/长管。这种行为起源于电子散射速率的温度依赖性，我们从10 $μ$ m长度的CNT在0.3-2 THz范围内测得的电导率的Drude拟合中获得。这种随温度增加的散射率导致随后在较高温度下观察到的THz电导率峰的加宽，以及随着CNT长度的增加而向较低频率的偏移。最后，我们表明，电导率随温度的变化不仅取决于管的长度，但也随管的密度。我们记录的有效电导率的复合膜，包括WS $_2$纳米管和CNT的混合物与CNT密度的范围内的频率在0.3-1太赫兹，发现电导率增加/降低为低/高密度膜的温度升高。这种效应是由于复合膜中导电路径的有效长度的密度依赖性而产生的，这再次导致太赫兹电导率峰的移位和温度依赖性加宽。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall
Nonlinear intensity dependence of ratchet currents induced by terahertz laser radiation in bilayer graphene with asymmetric periodic grating gates
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；CENTERA Laboratories, Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所 CENTERA 实验室）；Ioffe Institute（约费研究所）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
研究双层石墨烯中非线性强度依赖的射频电流，通过双格栅门结构实现，探讨了光电流的非线性特性及其与温度的关系，展示了其作为射频探测器的应用潜力。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grating-graphene metamaterial as a platform for terahertz nonlinear photonics
非线性光学由于其与光学和光电技术的相关性和潜力，是科学和技术应用的一个日益重要的领域。目前，人们正在积极寻找具有有效转换和小材料足迹的合适的非线性材料系统。理想情况下，材料系统应该允许芯片集成和室温操作。二维材料在这方面非常有趣。特别有前途的是石墨烯，它在太赫兹范围内表现出非常大的非线性。然而，二维材料中的光-物质相互作用长度本质上是最小的，因此限制了整体非线性光学转换效率。在这里，我们克服了这一挑战，使用超材料平台，结合石墨烯与光子光栅结构提供场增强。我们测量太赫兹三次谐波产生在这种超材料，并获得一个有效的三阶非线性极化率的大小为3 $\cdot$ 10 $^{-8}$ m $^2$ /V $^2$，或21 esu，基频为0.7太赫兹。这种非线性比我们在没有光栅的情况下获得的石墨烯大50倍。这样的增强对应于具有由于光栅而大三个数量级的强度的三次谐波信号。此外，我们证明了场转换效率高达$\sim$ 1%的第三次谐波使用中等场强的$\sim$ 30 kV/cm。最后，我们表明，谐波超出第三次增强更强烈，使我们能够观察到高达9 $^{\rm th}$谐波的签名。因此，光栅-石墨烯超材料构成了商业上可行的、CMOS兼容的、室温的、芯片集成的THz非线性转换应用的杰出平台。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical excitation of surface plasmons and terahertz emission from metals
提出了飞秒激光脉冲作用下金属光栅产生太赫兹辐射的微观理论。与以前的模型相比，只考虑金属内部的低频电流，而不考虑电子发射。所提出的模型是基于等离子体增强的热效应，并解释了光到太赫兹转换的谐振特性，给出了充分的估计的完整的信号能量。数值模拟再现了特定的实验特征，如太赫兹响应的延迟特性和当光栅深度太大时的低转换效率。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bolometric and non-bolometric radio frequency detection in a metallic single-walled carbon nanotube
我们表征射频检测在一个高品质的金属单壁碳纳米管。在77 K的浴温下，只能看到测辐射热（热）检测。在4.2 K的浴温和低偏置电流下，响应是由于非欧姆接触的电非线性。在较高的偏置电流，接触恢复欧姆行为和观察到的响应与计算的热响应。预计在太赫兹频率下工作的热辐射响应，我们讨论了一些与开发基于碳纳米管的高频探测器相关的实际问题。
2011-05-03 cond-mat.mes-hall
Metallic Carbon Nanotube Quantum Dots with Broken Symmetries as a Platform for Tunable Terahertz Detection
由于缺乏有效的源和检测器，在所谓的太赫兹间隙（$0.1 - 10$ THz）的技术相关范围内产生和检测辐射是具有挑战性的。碳纳米管中的量子点在构建灵敏的太赫兹探测器方面显示出巨大的潜力，这些探测器通常基于光子辅助隧穿。最近报道的机制相结合的共振量子点跃迁和隧穿势垒的不对称性的结果在一个窄线宽的光电流响应与大的信噪比下弱太赫兹辐射。该器件对一个频率敏感，对应于等距量子化状态之间的转换。在这项工作中，我们表明，使用数值与扫描隧道光谱研究的缺陷引起的金属锯齿形单壁碳纳米管量子点，同时打破各种对称性的任意手性的金属纳米管量子点强烈放宽电偶极子近似的选择规则，并消除能量简并。对于$\sim$ 10 nm量子点，这导致更丰富的允许光学跃迁集合，其跨越从1 THz到几十THz的频率。基于这些发现，我们提出了一个太赫兹探测器设备的基础上，金属单壁碳纳米管量子点定义的人工缺陷。根据其长度和接触透明度，操作制度的范围从高分辨率门可调太赫兹传感器到宽带太赫兹检测器。我们的计算表明，该设备在很大程度上不受高达100 K的温度的影响，这使得对称性被破坏的碳纳米管量子点成为设计可在液氮温度下工作的可调谐太赫兹探测器的有希望的平台。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall
Ratchet effects induced by terahertz radiation in heterostructures with a lateral periodic potential
报道了在一维横向周期势作用下，太赫兹辐射在半导体异质结中诱导的光电流的观测结果。电势是通过在样品表面蚀刻光栅来产生的。电流响应是很好地描述了唯象理论，包括圆形和线性光电流效应。实验数据表明，通过电子束光刻可以改变周期性横向图案的反转不对称性，以产生经典的横向棘轮。一种新的微观机制的偏振相关的光电流效应已被提出来解释的实验结果。光电流的产生是基于横向周期势和调制面内泵浦的共同作用。后一种调制源于通过光栅传播的辐射的近场效应。
2008-08-14 cond-mat.mes-hall
Extreme Terahertz Nonlinearity of AlGaN/GaN-based Grating-Gate Plasmonic Crystals
该研究提出利用光栅门等离激元晶体共振激发二维等离激元以增强太赫兹非线性，通过泵浦-探测技术观测到高达45%的相对透过率及超快弛豫，并建立非线性模型揭示机制，证明AlGaN/GaN在超快THz调制中具巨大潜力。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable terahertz radiation from graphene induced by moving electrons
基于由位于周期性介电光栅上的单个石墨烯层组成的结构，我们从理论上证明了在石墨烯层顶部移动的电子束团可以产生强烈的太赫兹（THz）辐射。基础物理学在于具有相当低的电子能量（$\sim$ 1 keV）的移动电子聚束可以有效地激发具有近场的强约束的THz频率的石墨烯等离子体（GP）的事实。对于那些满足相位匹配条件的GP，光栅可以将GP进一步散射到自由空间中。辐射图案可以通过改变移动电子的速度来控制。重要的是，辐射频率可以通过改变石墨烯层的费米能级来调谐，从而提供可以覆盖宽频率范围的可调谐THz辐射。我们的研究结果可以为开发基于石墨烯的可调谐和微型THz辐射源铺平道路。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall
High-efficiency spontaneous terahertz emission from electrically-excited plasmons in AlGaN/GaN two-dimensional electron gas
太赫兹科学技术的进步还有待于室温下高效率、高功率固态太赫兹光源的突破。二维电子气中的等离子体激元是一种很有前途的太赫兹辐射源有源介质。然而，还没有实现足以用于高功率操作的高壁插效率。在这里，我们报告的自发太赫兹发射可调的频率范围从0.3至2.5太赫兹通过电激发等离子体或等离子体极化激元模式在光栅栅耦合AlGaN/GAN 2DEG在7 K。通过调节光栅栅和2DEG之间的隧穿电子的能量（4.5 eV到0.5 eV），发现了从$10^{-6}$到$10^{-1}$的壁插效率。总发射功率虽然低于15 nW，但已经可以通过使用基于相同类型的2DEG的直接太赫兹场效应晶体管检测器来检测。研究结果表明，适当注入低能量、高电流密度的隧穿电子，可以获得高效率、高功率的太赫兹等离子体激元-极化激元发射。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall
Absorption Cross-Section and Near-Field Enhancement in Finite-Length Carbon Nanotubes in the Terahertz-to-Optical Range
从理论上研究了单壁有限长碳纳米管在太赫兹到可见光的较宽频率范围内的电磁特性-吸收截面和近区场增强。分析是基于阻抗型有效边界条件和积分方程技术。与实验结果进行比较，允许在实验中观察到的低频（远红外和太赫兹）吸收带的定性物理解释。讨论了碳纳米管用于活细胞红外光热的潜力。强的局部场增强被预测为固有的金属碳纳米管在近场区提供必要的机制，远红外和太赫兹近场光学。
2008-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thin InSb layers with metallic gratings: a novel platform for spectrally-selective THz plasmonic sensing
我们提出了一种基于微米薄InSb层的光栅耦合等离子体结构的太赫兹光学特性的计算研究。我们发现两个强吸收共振，我们解释为常设表面等离子体模式，并调查其色散关系，对InSb厚度的依赖，和空间分布的电场。所观察到的表面等离子体模式很好地描述了一个简单的理论的空气/InSb/空气三层。光栅/InSb结构的等离子体激元响应对电介质环境和分析物（例如，乳糖）在InSb界面，这是有前途的太赫兹等离子体传感器的应用。我们确定的传感器灵敏度为7200 nm每折射率单位（或0.06太赫兹每折射率单位）。下表面等离子体激元模式也表现出分裂时，在1.37太赫兹的乳糖的振动模式的共振调谐。我们建议，表面等离子体激元和振动模式之间的这种相互作用可以用作一种新的传感模式，允许检测太赫兹振动指纹的分析物的基础。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modulation of a surface plasmon-polariton resonance by sub-terahertz diffracted coherent phonons
相干亚太赫兹声子入射到沉积在电介质衬底上的金光栅上经历衍射，从而引起表面等离子体激元-极化激元共振的改变。这导致在等离子体激元-极化激元共振附近的可见光的结构的反射率的有效高频调制（高达110 GHz）。通过设计提供等离子体极化激元和声子共振的周期性纳米结构来实现高调制效率。我们的理论分析表明，等离子体激元极化激元共振的动态变化是由光栅内的高阶声子共振频率的狭缝宽度的调制。
2012-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast Water Channeling across Carbon Nanotubes in Far Infrared Terahertz Electric Fields
利用分子动力学模拟，系统研究了太赫兹电场作用下单壁碳纳米管（SWCNT）的水渗透特性.在TEF垂直于纳米管的情况下，氢键的断裂导致跨单壁碳纳米管的净通量的巨大峰值，其具有以14THz为中心的三倍增强。这种现象是由于共振机制，其特征在于在管极性水分子的TEF的librational，旋转和旋转诱导的响应。对于沿纳米管对称轴的TEF，极性水沿对称轴的排列大大抑制了共振的涡旋模式，从而抑制了净通量的增强，这很好地表征了单壁碳纳米管的准一维特征。TEF中水分子的共振可以在用于各种目的的高通量器件设计中具有潜在的应用。
2015-12-29 cond-mat.mes-hall
Terahertz-Frequency Plasmonic-Crystal Instability in Field-Effect Transistors with Asymmetric Gate Arrays
本文提出在具有强非对称双光栅栅极的场效应晶体管中，利用直流偏置激发整个布里渊区内的Dyakonov-Shur不稳定性，从而实现室温下长程相干的太赫兹辐射，为太赫兹信号产生提供新途径。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Noncentrosymmetric plasmon modes and giant terahertz photocurrent in a two-dimensional plasmonic crystal
本文介绍并理论研究了平面非中心对称等离子体晶体中的等离子体光电流效应。等离子体激元光电流直流电流的产生是由于二维电子拖曳的非中心对称的等离子体激元模式下激发的太赫兹辐射的正常入射。我们发现，集体等离子体激元模式的平面等离子体激元晶体成为强烈的非中心对称的弱耦合制度的反交叉。大的等离子体波矢量（其通常比太赫兹光子波矢量大两到三个数量级）以及等离子体共振处的强近场增强使得等离子体拖曳与在常规二维电子系统中观察到的光子拖曳相比具有强得多的效应。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Wood Anomalies and Surface-Wave Excitation with a Time-Grating
为了限制超出衍射极限的波，制造技术的进步使物质的亚波长结构成为可能，实现了光和其他类型波的近场控制。价格通常是昂贵的制造需求和设备功能的不可逆性，以及杂质的引入，这是造成损失的主要原因。在这封信中，我们提出了时间的不均匀性，如周期性驱动的电磁特性的表面，支持导模，以规避需要亚波长制造的传播波耦合到倏逝模跨越光线，实现时间对应的伍德异常。我们通过分析和数值计算显示了这一概念如何适用于任何材料平台和任何频率，并提出并模拟了石墨烯中的一个现实实验，以单位效率将太赫兹辐射耦合到等离子体激元，证明材料特性的时间调制可以是一种可调谐的，低损耗和快速切换的替代品，用于近场波控制的物质的亚波长结构。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Milliwatt terahertz harmonic generation from topological insulator metamaterials
在太赫兹频谱域中实现高效、高功率谐波产生具有技术应用，例如在第六代（6 G）通信网络中。无质量狄拉克费米子具有极大的太赫兹非线性极化率和谐波转换效率。然而，所观察到的最大产生的谐波功率是有限的，因为在增加入射功率的饱和效应，如最近所示的石墨烯。在这里，我们展示了室温太赫兹谐波产生的Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体和拓扑绝缘体光栅超材料结构与表面选择性太赫兹场增强。对于75 mW的入射功率，我们获得了接近毫瓦范围的三次谐波功率-与基准石墨烯样品相比提高了两个数量级。我们建立了一个框架中，这种特殊的性能是由无质量的拓扑表面状态的热力学谐波产生的结果，受益于超快耗散的电子热通过表面-体库仑相互作用。这些结果是芯片上太赫兹（光）电子应用的重要一步。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast opto-mechanical terahertz modulators based on stretchable carbon nanotube thin films
对于太赫兹（THz）波的应用，可调谐和快速调制是非常重要的。利用光泵浦太赫兹探测光谱技术研究了单壁碳纳米管（SWCNTs）薄膜的超快载流子复合寿命，在光激发下，其信号具有很高的相对变化，使其成为高速调制器的理想候选材料。在这里，单壁碳纳米管薄膜和可拉伸基板的组合促进了应变下的单壁碳纳米管的机械性能的研究，并使一种新型的光机械调制器的发展。通过对SWCNT膜施加一定的应变，可以微调有效的片电导和调制深度，以优化设计的调制器。由于单壁碳纳米管网络的结构修饰，调制器在应变下表现出3-4个数量级的光电导变化。拉伸用于控制THz信号，在没有应变的情况下调制深度为100%左右，在40%的高应变操作下调制深度为65%。调制器对光束偏振的敏感性也被示出，这也可能对可拉伸偏振器的设计派上用场。我们的研究结果为基于单壁碳纳米管薄膜的高灵敏度可拉伸器件的设计提供了基础。
2022-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chirality Driven Ratchet Currents in Two-Dimensional Tellurene with an Asymmetric Grating
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Purdue University（普渡大学）；Institute of High Pressure Physics of the Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所）
本研究在二维碲烯中实现了由手性驱动的环形ratchet电流，通过THz激光辐射在室温下验证了该效应，并揭示了其与辐射螺旋性和费米能级位置的关系。
2026-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic Crystals with Tunable Band Gaps in the Grating Gate Transistor Structures
本文提出电流驱动栅极门控晶体管中等离激元晶体的流体动力学模型，利用高电子密度非门控区提升品质因子，驱动电流打破对称性使模式光学活性并产生可调谐带隙，实现室温太赫兹应用。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall
A Tunable Terahertz Detector Based On Self Assembled Plasmonic Structure on a GaAs 2DEG
等离子体探测器有可能提供一种快速光谱学方法，而不需要移动反射镜或光栅。先前的测量已经证明了基于等离子体激元激发的频率可调谐检测，然而这些装置要么是小面积的、偏振依赖的和/或需要电子束光刻。我们表明，大面积高灵敏度太赫兹等离子体探测可以实现使用自组装纳米球光刻。我们实现了覆盖4 mm^2探测器面积的亚微米特征尺寸网格。在等离子体共振的基波，第三和第五谐波的吸收进行了观察。在80 K下的测量显示出25%的大的透射率变化。我们还证实了磁等离子体激元分散这个设备。在本文中，我们将讨论辐射阻尼效应的频率依赖性，影响增强吸收的高次谐波模式相对于基波。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Direct and Heterodyne Detection of Microwaves in a Metallic Single Wall Carbon Nanotube
这封信报告测量微波（高达4.5 GHz）检测金属单壁碳纳米管。在77 K下测得的电压响应度为114 V/W。我们还演示了外差检测在1 GHz。基于标准微波检测器理论和DC IV曲线的非线性，可以解释检测机制。我们讨论了这种非线性的可能原因。虽然在这种测量中的电路寄生效应的频率响应是有限的，我们讨论的证据表明，效果要快得多，碳纳米管作为太赫兹探测器的应用是可行的。
2006-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Classical ratchet effects in heterostructures with a lateral periodic potential
研究了在一维横向周期势作用下，太赫兹辐射在低维半导体结构中诱导的棘轮电流。周期性电位是通过在样品表面蚀刻光栅或在样品顶部周期性地沉积金属条来产生的。微观上，光电流的产生是基于横向周期电位的组合作用，通过传输测量验证，以及由横向超晶格引起的面内调制泵浦。我们表明，总电流的很大一部分是由偏振无关的塞贝克棘轮效应。此外，偏振相关的光电流发生，我们解释其潜在的微观机制。因此，棘轮系统的类别需要通过线性和圆形棘轮来扩展，对驱动电-磁力的线性和圆形极化敏感。
2011-01-26 cond-mat.mes-hall
Light-induced quantum friction of carbon nanotubes in water
研究通过功率依赖扩散、化学调控、THz光谱和模拟，证明近红外荧光SWCNTs中的激子可向水氢键网络耗散能量并产生光诱导量子摩擦。
2025-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
