Reconfigurable THz Plasmonic Antenna Concept Using a Graphene Stack
提出了一种基于石墨烯的太赫兹频率可重构天线的概念和分析。该天线利用了偶极类等离子体共振，其可以通过石墨烯堆叠中的电场效应在大范围上进行频率调谐。除了有效的动态控制，所提出的方法允许高度小型化和良好的直接匹配连续波太赫兹源。一个定性的模型被用来解释良好的阻抗稳定性下重构。这些初步结果对于未来的全石墨烯THz收发器和传感器非常有希望。关键词：可重构天线，石墨烯，等离子体，太赫兹，频率调谐。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing terahertz surface plasmon waves in graphene structures
利用太赫兹近场显微镜研究了外延石墨烯台面和条带的亚波长尺度表面等离子体激发和太赫兹透射特性。太赫兹近场图像显示石墨烯性质在小于波长的尺度上的变化，以及在石墨烯边缘发生的太赫兹表面波的激发，类似于在金属边缘观察到的。在衬底SiC/空气界面处的菲涅耳反射也被发现通过石墨烯带阵列的存在而改变，导致太赫兹波的透射取决于波偏振和带宽度而减少或增强。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall
Antenna enhanced graphene THz emitter and detector
最近对石墨烯的密集的电学和光学研究将该材料推向了光电研究的前沿。特别令人感兴趣的是几个太赫兹（THz）频率范围，其中高效光源和高灵敏度探测器的制造非常具有挑战性。在这里，我们提出了太赫兹源和探测器与石墨烯场效应晶体管（GFET）增强的双贴片天线和片上硅透镜。我们报告了石墨烯1-3 THz辐射的首次实验观察，以及在~2 THz工作的GFET热电探测器中四个数量级的性能改进。发射功率的定量分析及其不寻常的电荷密度依赖性表明显着的非热贡献的GFET。具有不同照明几何形状的偏振分辨检测测量允许对有助于整体检测器性能的各种因素进行详细和定量分析。我们的实验结果代表了实际有用的石墨烯太赫兹器件的重大进展。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent THz oscillator based on hybrid graphene superlattices
我们从理论上研究了具有自旋相关超晶格的偏置石墨烯杂化系统中布洛赫振荡的发生。自旋相关电位是通过沉积在带隙石墨烯纳米颗粒顶部的一组铁磁绝缘体条带来实现的，这诱导了石墨烯单层中电子态的邻近交换分裂。数值求解了Dirac方程，研究了自旋相关超晶格最低导带中的Bloch振荡。虽然两种自旋的布洛赫频率相同，但我们发现布洛赫振幅与自旋有关。这种差异导致太赫兹范围内的自旋极化交流电流。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast terahertz responses in monolayer graphene
我们从理论上研究了单层石墨烯的超快太赫兹（THz）特性。通过求解布洛赫方程，得到了超快太赫兹高斯脉冲下的载流子、电极化的强度和光电流的解析表达式。石墨烯在太赫兹频率下表现出很大的非线性和超快的光学响应，这是由于具有近似线性能量色散的无隙和相对论性狄拉克粒子。结果表明，随着太赫兹脉冲频率的增加，光子载流子密度、电极化的强度和光电流密度均增加。这些理论结果与最近的实验结果是一致的。该研究进一步证实了石墨烯具有重要的特性，并与超快THz领域的应用有关。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall
Ultrasensitive Photoresponse of Graphene Quantum Dot in the Coulomb Blockade Regime to THz Radiation
石墨烯量子点（GQD）最近引起了相当大的关注，具有吸引人的太赫兹（THz）技术性能。这包括在太赫兹辐射照射时GQD中的大的热辐射热效应的演示。然而，太赫兹光子与GQD在库仑阻塞制度-单电子输运制度-的相互作用仍然没有探索。在这里，我们证明了超灵敏的光响应太赫兹辐射（从<0.1到10太赫兹）的hBN封装的GQD在库仑阻塞制度在低温（170 mK）。我们发现，太赫兹辐射的$\sim$ 10 pW提供了一个光电流响应的纳安范围内，从重整化的化学势的GQD的$\sim$ 0.15毫电子伏。我们把这种光响应归因于界面光门效应。此外，我们的分析揭示了没有热效应，打开新的方向在太赫兹频率的相干量子效应在GQD的研究。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall
Subwavelength THz imaging of graphene photoconductivity
使用空间结构的光泵浦脉冲与太赫兹探测脉冲，我们能够确定超快太赫兹光电导的空间变化与亚波长分辨率（75 $μm \approx λ/5$在0.8太赫兹）在平面石墨烯样品。我们将我们的结果与拉曼光谱进行比较，并将两种测量之间的空间不均匀性的存在关联起来。我们发现一个很强的相关性与电子密度的不均匀性。这证明了在CVD生长和光电导器件制造过程中消除掺杂密度不均匀性的重要性。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Integral Equation Analysis of Plane Wave Scattering by Coplanar Graphene-Strip Gratings in the THz Range
在太赫兹波段研究了自由空间中无限长石墨烯带的有限和无限长光栅对平面波的散射和吸收。基于石墨烯表面阻抗、超奇异积分方程和Nystrom方法，提出了一种新的数值方法。这种技术保证了计算的快速收敛和受控精度。反射率，透射率和吸光度作为石墨烯和光栅参数的函数进行了仔细研究，揭示了表面等离子体共振的存在。具体而言，较大的石墨烯弛豫时间增加了太赫兹范围内的共振次数，由于减少了损耗而导致更高的波透射率;另一方面，石墨烯化学势的增加使等离子体共振的频率上移。还示出了相对低数量的石墨烯条（>10）能够再现瑞利异常。这些特征使得石墨烯条成为许多应用的良好候选者，包括可调谐吸收器和频率选择表面。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall
On RT CW THz Cyclotron Resonance lasing in graphene in crossed E, H fields
在经典的考虑电子在交叉电场和磁场中的运动轨迹和电子系统的电导率对单层石墨烯中回旋共振的影响的框架下，讨论了在六方氮化硼单层石墨烯三明治中实现回旋激光的可能性。通过对三明治结构中散射率已知数据的简化考虑，证明了在室温下，在高于1太赫兹的频率下，在高于1特斯拉的磁场中，可以在高质量的三明治结构中实现连续波激光作用。
2022-02-11 cond-mat.mes-hall
Negative terahertz conductivity in disordered graphene bilayers with population inversion
无带隙的能带谱使得基于石墨烯和石墨烯双层膜的结构具有由光学或注入泵浦产生的布居数反转，是用于带间太赫兹（THz）激光的有希望的介质。然而，太赫兹频率下的强带内吸收仍然对高效太赫兹激光发射构成挑战。在本文中，我们表明，在泵浦石墨烯双层结构中，间接带间辐射跃迁伴随着无序引起的载流子散射可以提供实质性的负贡献的太赫兹电导率（连同直接带间跃迁）。在具有点电荷缺陷的高- $κ$衬底上的石墨烯双层结构中，这些跃迁几乎完全补偿了由于带内（Drude）吸收引起的损失。我们还表明，在石墨烯双层的延伸缺陷（如带电的杂质团簇，表面缺陷，和纳米孔）的THz电导率的间接带间贡献可以超过几倍的基本限制与直接带间跃迁和德鲁德电导率。这些预测可能会影响基于石墨烯的太赫兹激光器的实现策略。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall
Efficient nonlinear generation of THz plasmons in graphene and topological insulators
石墨烯中的表面等离子体可以提供贵金属等离子体的有吸引力的替代方案，这是由于其更紧密的限制、特有的色散和更长的传播距离。我们目前的理论研究的非线性差频产生的太赫兹表面等离激元模式支持的二维层的无质量狄拉克电子，其中包括石墨烯和表面态的拓扑绝缘体。我们的研究结果表明，在等离子体共振附近的DFG效率的强烈增强和相位匹配的非线性产生的等离子体激元在很宽的频率范围内的可行性。
2013-12-01 cond-mat.mes-hall
Observation of gate-tunable coherent perfect absorption of terahertz radiation in graphene
报道了石墨烯对太赫兹辐射的电调谐相干完全吸收的实验观察。我们研制了一种反射型可调谐太赫兹谐振腔，该谐振腔由大面积石墨烯层、金属反射电极和电解介质组成。太赫兹腔中的离子门使得我们能够将石墨烯的费米能级调谐到1eV，并在2.8THz处达到吸收率为99%的临界耦合条件。利用增强的THz吸收，我们能够测量高掺杂石墨烯的输运散射时间的费米能量依赖性。此外，我们还展示了柔性有源太赫兹表面，可以在太赫兹反射率中产生大调制，同时具有低插入损耗。我们预计，门可调CPA将导致有效的主动太赫兹光电子应用。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Broadband Tunable THz Absorption with Singular Graphene Metasurfaces
通过利用石墨烯导电性的奇异空间调制，我们设计了一种宽带可调谐太赫兹吸收体，其吸收效率接近理论上限，吸收带宽为185%。这种扩展结构的模式表现出很强的场增强，它能够激发大量的高阶表面等离子体，使入射THz辐射能够深亚波长聚焦。以前的研究表明，电导率可以调制在GHz的频率，这可能会导致高效的高速宽带开关的原子薄层的发展。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall
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
Sinusoidally-Modulated Graphene Leaky-Wave Antenna for Electronic Beamscanning at THz
本文提出了一种正弦调制的石墨烯漏波天线的概念，分析和设计，具有波束扫描能力，在一个固定的频率。该天线工作在太赫兹频率，由一个石墨烯片转移到背面金属化基板和一组位于其下方的多晶硅直流选通焊盘组成。为了创建一个泄漏模式，石墨烯表面电抗正弦调制通过石墨烯的场效应，通过施加足够的直流偏置电压到不同的选通焊盘。指向角和泄漏率可以通过调整施加的电压来动态控制，从而提供通用的波束扫描能力。所提出的概念和实现的性能，使用现实的材料参数计算，是非常有前途的太赫兹频率的光束扫描，并可能铺平道路，以石墨烯为基础的可重构收发器和传感器。
2014-01-20 cond-mat.mes-hall
Exact solution for square-wave grating covered with graphene: Surface plasmon-polaritons in the THz range
我们提供了一个解析解的电磁辐射的散射问题的方波光栅与平面石墨烯片的顶部。我们表明，深groves有一个强大的等离子体响应与光吸收的石墨烯片达到45%以上，由于表面等离子体激元的激发。的情况下，光栅与石墨烯片呈现诱导的周期性调制的电导率进行了讨论。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall
Wideband Perfect Absorption Polarization Insensitive Reconfigurable Graphene Metasurface for THz Wireless Environment
在这项工作中，我们研究了一个简单的结构石墨烯太赫兹（THz）超颖表面（MSF）完美的吸收，宽带，偏振不敏感，斜入射不敏感和频率重构。石墨烯MSF结构由沉积在由金属接地平面终止的硅衬底上的石墨烯元原子的二维周期性阵列组成。数值分析了所提出的MSF的性能。介绍了该结构的等效电路模型及其闭合解。石墨烯MSF薄结构在2.5 THz下在横向电（TE）和横向磁（TM）偏振中在垂直入射下提供100%的吸收，具有宽带宽、零反射和零透射。在斜入射下，吸收保持在95%以上。此外，石墨烯MSF结构具有频率重构的优点。在重新配置后，在所有可重新配置的频率下保持优异的吸收性能。结果表明，石墨烯超原子的THz MSF的有效性，这可能是有前途的THz无线环境。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall eess.SP physics.app-ph
Graphene for Antenna Applications: Opportunities and Challenges from Microwaves to THz
将石墨烯用于天线和其他电磁无源器件可以带来显著的好处，例如极端小型化，与石墨烯RF纳米电子器件的单片集成，有效的动态调谐，甚至透明度和机械灵活性。虽然最近已经提出了不同的相关理论工作，相对较少的应用已经提出和现实的评估。在这次特邀演讲中，我们将简要回顾石墨烯的主要特性及其理论和实验表征的最新进展。然后，我们将讨论一些潜在的天线应用，从微波到太赫兹，在每种情况下提供的好处，限制和剩余的问题，对实际的现实生活中的实现的关键评估。在这里，我们简要概述了我们小组在演讲中讨论的不同设备和相关发展，包括微波和太赫兹的石墨烯天线和反射阵列，等离子体开关，各向同性和各向异性元表面，或石墨烯RF-NEMS。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Material-Dependencies of the THz Emission from Plasmonic Graphene-Based Photoconductive Antenna Structures
石墨烯支持表面等离子体激元在太赫兹区域中具有相对较慢的传播速度，这对于未来的通信技术变得越来越有趣。这种能力可用于实现紧凑型天线，其比金属对应物小两个数量级。为了这些天线的适当功能，必须满足一些最低材料要求，这是目前难以实现的，因为石墨烯的制造和转移技术仍在发展。在这项工作中，我们分析了现有的石墨烯材料的实验和提取在太赫兹频率的固有特性，为了预测太赫兹信号发射阈值的依赖性作为石墨烯弛豫时间τ_r和化学势μ_c的函数。
2021-04-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Negative terahertz conductivity in remotely doped graphene bilayer heterostructures
在石墨烯双层（GBL）中注入或光学产生电子和空穴可以导致带间粒子数反转，从而实现太赫兹（THz）辐射激光。带内辐射过程与带间跃迁相互竞争。我们证明，远程掺杂增强了所提出的GBL异质结构中间接带间光子的产生。因此，这种远程掺杂有助于超越带内（德鲁德）吸收，并导致在升高的（包括室温）温度下在宽频率范围内的负动态太赫兹电导率的大绝对值。与以前提出的基于GBL的THz激光器相比，远程掺杂GBL异质结构THz激光器有望实现更高的THz增益。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall
Transit-time resonances enabling amplification and generation of terahertz radiation in periodic graphene p-i-n structures with the Zener-Klein interband tunneling
石墨烯层中的Zener-Klein（ZK）带间隧穿效应产生了非线性的I-V特性，可用于太赫兹（THz）信号的整流和检测。隧穿电子和空穴在耗尽区的渡越时间延迟导致THz电流和THz电压之间的相移，在一定频率范围内产生负的动态电导，从而产生渡越时间（TT）不稳定性。ZK隧穿和TT负动态电导的组合使得能够实现共振太赫兹探测以及太赫兹辐射的放大和产生。我们提出并评估了基于周期级联GL p-i-n结构的THz器件，该结构表现出TT共振（GPIN-TTD）。这样的结构可以用作THz放大器，并且被放置在法布里-珀罗腔中，或耦合到THz天线或使用环形振荡器连接，作为THz辐射源。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall
Magnetic-field-assisted transmission of THz waves through a graphene layer combined with a periodically perforated metallic film
我们考虑一个石墨烯片封装在一个二维的金属光栅和基板（$\mathrm{Al_{2}O_{3}}$），并受到外部磁场（法拉第配置）。该光栅由一个薄的完全导电的金属膜穿孔与二维周期性阵列的方孔。根据我们的计算，与裸石墨烯相比，在这种情况下，透射波的法拉第旋转角和磁性圆二色性的光谱应该会发生显着变化。我们解释这种增强的石墨烯磁等离子体激元的激发，伴随着通过结构的电磁波的传输。研究结果对太赫兹光电子学的应用，如可切换旋转偏振器和光隔离器等具有重要意义。
2017-10-16 cond-mat.mes-hall
Epitaxial graphene quantum dots for high-performance THz bolometers
石墨烯中的光吸收引起电子温度的大变化，由于低电子热容和弱电子声子耦合[1-3]，使其作为热电子测辐射热计材料非常有吸引力。不幸的是，电阻随温度的微弱变化基本上限制了石墨烯测辐射热计的响应度。在这里，我们表明，由于量子限制，SiC上的外延石墨烯量子点呈现出非常高的电阻随温度的变化，在2.5 K时高于430 Mohm/K，导致对吸收的THz功率的响应率高于10^10 V/W。这比其他类型的石墨烯热电子测辐射热计高出五个数量级。石墨烯量子点测辐射热计的高响应度与极低的噪声等效功率（2.5K时约为0.2 fW/Hz ^0.5）相结合，使其性能远高于商用冷却测辐射热计。此外，这些量子点测辐射热计具有在77 K以上操作的优异性能的潜力。
2015-09-15 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
Graphene as a tunable THz reservoir for shaping the Mollow triplet of an artificial atom via plasmonic effects
利用一个真实的量子主方程，我们证明了通过对一个或多个石墨烯单层施加偏压，可以调节二能级人工原子（量子点）的光子局域态密度，从而实现对原子共振荧光光谱的调谐.结构化光子水库包括使用光子格林函数理论，充分占的损失和色散。场驱动的Mollow三重态光谱可以由石墨烯偏压在太赫兹频率范围内主动控制。我们还考虑了电介质支撑环境和多个石墨烯层对发射荧光的影响。最后，热浴效应被认为是重要的低太赫兹频率。
2014-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Terahertz plasmonic resonances in coplanar graphene nanoribbon structures
本文分析了共面石墨烯纳米带（GNR）结构在外加太赫兹信号下的等离激元振荡并计算了其阻抗，发现较低的GNR间电容可激发长GNR的太赫兹共振，该结构可应用于多种太赫兹器件。
2024-03-10 cond-mat.mes-hall
Graphene Based Plasmonic Tunable Low Pass Filters in the THz Band
我们提出的概念，合成，分析和设计的石墨烯基等离子体可调谐低通滤波器在太赫兹波段工作。该结构由一个转移到电介质上的石墨烯带和一组位于其下方的多晶硅直流选通焊盘组成，通过石墨烯的场效应充分控制每个带段的引导特性，实现了对传播的表面等离子体的阶梯阻抗低通滤波器。提出了一种综合方法来设计具有截止频率、带内性能和抑制特性的滤波器。该结构的电磁建模是有效地执行相结合的静电缩放法计算每个带部分的传输线和传输矩阵框架的引导功能，方法进一步验证通过全波模拟。所提出的过滤器的性能进行评估，在实际情况下，考虑到存在的门控偏置和石墨烯的损失的影响。这些结果以及与等离子体传播相关的高度小型化，对于未来在创新的THz通信系统中使用和集成所提出的滤波器与其他石墨烯和硅基元件是非常有希望的。
2014-10-25 cond-mat.mes-hall
Injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in double-graphene-layer structure
提出并证实了双石墨烯结构中石墨烯层间电子共振辐射跃迁产生太赫兹激光的概念。我们估计的太赫兹增益TM模式表现出非常低的德鲁德吸收在GL和显示的增益可以超过金属-金属波导中的损耗在低端的太赫兹范围。所发射的光子的光谱可以通过所施加的电压来调谐。太赫兹增益的弱温度依赖性促进了在室温下的有效操作。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall
Giant Faraday rotation induced by Berry phase in bilayer graphene under strong terahertz fields
半导体中的高阶太赫兹（THz）边带产生（HSG）是一种与高次谐波产生类似的物理现象，但频率要低得多。研究发现，弱光激发的电子-空穴对在强太赫兹场的驱动下，可以沿循环路径积累Berry相。在单层MoS $_2$中，Berry相位表现为短脉冲激发下发射信号的法拉第旋转角。本文将THz极端非线性光学中的Berry相位理论应用于具有Bernal堆积的偏压双层石墨烯，该石墨烯具有与单层MoS $_2$相似的Bloch带特征和光学性质，如时间反演相关的谷和谷对比光学选择规则。双层石墨烯具有比单层MoS $_2$大得多的Berry曲率，这导致光发射的巨大法拉第旋转（对于频率为1 THz且强度为8 kV/cm的THz场，$\sim$为1 rad）。这为使用双层石墨烯和低功率THz激光器用于超快电光器件提供了机会。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall
Second and third harmonics generation by coherent sub-THz radiation at induced Lifshitz transitions in gapped bilayer graphene
利用强相干电磁辐射与带隙双层石墨烯相互作用的微观非线性量子理论，研究了低能光子激发诱导的Lifshitz跃迁的高次谐波产生.在非绝热多光子激发状态下，数值求解了密度矩阵的Liouville-vonNeumann方程。通过数值求解，研究了两个线偏振相干电磁波反向传播诱导Lifshitz跃迁中粒子-空穴湮灭时二次和三次谐波的产生率.结果表明，带隙的双层石墨烯可以作为一种有效的介质，用于产生频率的亚太赫兹域中的偶次和奇次高次谐波。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall
Ultrafast graphene-based broadband THz detector
我们提出了一种超快石墨烯基探测器，在太赫兹范围内，在室温下工作。一个介电周期天线耦合到石墨烯片，这是通过剥离SiO2。检测器的特征在于与自由电子激光FELBE的波长从8微米到220微米。在30 ~ 220 μ m波长范围内，探测器的上升时间为50 ps。利用高强度下的非线性光电流响应的自相关测量揭示了低于10 ps的固有响应时间。该检测器具有很高的潜力，用于表征时间重叠，例如。G.在双色泵浦探测实验中。
2013-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-chip terahertz modulation and emission with integrated graphene junctions
超快信号的片上有效调制和控制在太赫兹（THz）通信中至关重要，也是实现亚衍射极限THz光谱的一条有前途的途径。二维（2D）材料可以为这些努力提供平台。我们探索这种潜力，将高质量的石墨烯pn结集成在两种类型的平面传输线电路中，以调制和发射皮秒脉冲。在共面带状线的几何形状，我们证明了95%的太赫兹信号传输的电调制。在Goubau波导的几何形状，我们实现了完整的门可调控制太赫兹光激发石墨烯结发射。这些研究为片上信号处理的发展提供了信息，并突出了2D材料在THz应用中的前景。
2020-04-05 cond-mat.mes-hall
Generation of Half-Integer Harmonics and Efficient THz-to-Visible Frequency Conversion in Strained Graphene
本文研究弯曲石墨烯在赝磁场作用下打破中心对称性并产生偶次及半整数谐波的机制，揭示了利用应变石墨烯实现高效太赫兹到可见光频率转换的潜力。
2021-05-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene terahertz modulators by ionic liquid gating
石墨烯的锥形能带结构和高载流子迁移率使石墨烯基太赫兹调制器具有广阔的应用前景。在这里，我们通过离子液体的帮助下，通过电子门控来调节石墨烯的费米能级，以控制THz透射率。研究发现，在太赫兹波段，由于带内跃迁，器件的吸收率和反射率都与可用态密度成正比地增加。在0.1 ~ 2.5 THz的宽频率范围内，单个（或堆叠）器件的紧凑、稳定和可重复的THz透射率调制高达93%（或99%），在室温下施加的电压仅为3 V。
2015-06-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrical tunability of terahertz nonlinearity in graphene
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫赫尔姆霍兹中心）；Fakultät für Physik, Universität Bielefeld（比勒费尔德大学物理学院）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), BIST & CSIC（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2），BIST与CSIC）；ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；Fakultät für Physik, Universität Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理学院）；Max-Planck-Institut für Polymerforschung（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Institut für Optische Sensorsysteme, DLR（德国航空航天中心光学传感器系统研究所）；Institut für Optik und Atomare Physik, Technische Universität Berlin（柏林工业大学光学与原子物理研究所）
本研究展示通过电门控可显著增强石墨烯太赫兹三次谐波生成的功率转换效率，将石墨烯从近线性材料转变为高非线性材料，为超高频电子技术提供基础。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall
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
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
THz-circuits driven by photo-thermoelectric graphene-junctions
对于未来的片上通信方案，必须将具有超快光电功能的纳米级材料集成到高频电路中。原子级厚度的石墨烯由于其宽带光吸收和高电子迁移率而被广泛证明适用于光伏和光电子器件。此外，光生载流子的超快弛豫已在石墨烯中得到验证。在这里，我们表明，双栅石墨烯结可以是太赫兹电路的功能部分。作为基础的光电过程，我们利用超快光热电电流。我们描述了飞秒激光激发后无偏置器件的即时光热电电流。对于皮秒的时间尺度后的光激发，一个额外的光热电的贡献出现，这表现出的指纹的空间反转的温度分布。后者可以通过石墨烯内的电子和声子浴与衬底和金属接触的不同时间常数和热耦合机制来理解。这些过程的相互作用在高频电路中产生了超快电磁瞬变，对于基于石墨烯的超快光电探测器和开关的基本理解同样重要。
2016-07-05 cond-mat.mes-hall
Optical emission of graphene and electron-hole pair production induced by a strong THz field
我们报告的第一个实验观察到的石墨烯光发射诱导的强太赫兹脉冲。使用具有约200 meV的初始费米能量的P掺杂的CVD石墨烯，在340-600 nm的波长范围内检测到光子。当THz场幅度超过100 kV/cm时开始发射。对于从200到300 kV/cm的太赫兹场，光辐射的温度是恒定的，而发射的光子数增加了几十倍。这一事实清楚地表明，电子-空穴对的倍增是由外场本身引起的，而不是由于电子加热引起的。实验结果与Landau-Zener带间跃迁理论符合得很好。理论上表明，即使在重掺杂石墨烯的情况下，Landau-Zener跃迁也是可能的，因为强THz场在几个飞秒期间从带间跃迁区域中移除准粒子，这取消了Pauli阻塞效应。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Terahertz Laser Combs in Graphene Field-Effect Transistors
电注入太赫兹（THz）辐射源由于其多功能性和小型化潜力而极具吸引力，为集成电路THz技术打开了大门。在这项工作中，我们表明，相干太赫兹频率梳范围内$0.5~\mathrm{THz}<ω/2π<10~\mathrm{THz}$可以产生利用石墨烯等离子体。我们的设置由具有非对称边界条件的石墨烯场效应晶体管组成，其辐射源自可以通过直流注入控制的等离子体不稳定性。我们提出了一个结合的解析和数值分析的石墨烯等离子体流体动力学，显示的不稳定性可以实验控制的施加的栅极电压和注入电流。我们的计算表明，所发射的太赫兹梳表现出可观的时间相干性（$g^{(1)}(τ)>0.6$）和辐射发射率（$10^{7}\,\mathrm{Wm^{-2}}$）。这使得我们的方案成为石墨烯基太赫兹激光源的有吸引力的候选者。此外，不稳定性放大的机制是先进的基板的情况下，具有不同的介电常数，这允许克服最终的限制与实验实施。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph
Dual Origin of Room Temperature Sub-Terahertz Photoresponse in Graphene Field Effect Transistors
由于石墨烯$'$优异的电子迁移率，石墨烯被认为是用于高达太赫兹（THz）范围的高频辐射检测器的有前途的平台。先前已经表明，石墨烯场效应晶体管（FET）由于热电和/或等离子体波整流而对入射的THz辐射表现出室温宽带光响应。这两种效应表现出类似的功能依赖于栅极电压，因此，它被发现是很难解开这些贡献在以前的研究。在这封信中，我们报告了在不同温度下分析的石墨烯场效应晶体管的亚太赫兹响应的实验和理论研究。这种温度依赖性的研究使我们能够揭示光热电效应，pn结整流，和等离子体激元整流中的石墨烯FET的亚太赫兹光响应的作用。
2018-03-19 cond-mat.mes-hall
Ultrabroadband THz Conductivity of Gated Graphene In- and Out-of-equilibrium
本文利用超宽带 THz 与红外光谱研究栅控单层石墨烯的平衡及飞秒激发后瞬态电导率，揭示载流子谱权重、散射率变化及约8 THz的量子临界零动量模式。
2024-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent simulation of particle and displacement currents in THz graphene transistors
虽然与时间无关的模型提供了非常有用的动态信息，减少了计算负担，超越准静态近似提供丰富的信息时，处理太赫兹（THz）频率。在这项工作中，太赫兹噪声的双栅极石墨烯晶体管直流极化进行了详细的模拟的时间相关的粒子和位移电流。从这样的电流，总电流波动的功率谱密度（PSD）计算在源极，漏极和栅极接触。详细分析了晶体管横向尺寸、Klein隧穿效应和正负能量注入对PSD的影响。通过比较有和没有带间隧穿和石墨烯注入的PSD，表明石墨烯结构中不可避免的Klein隧穿和正负能量注入意味着噪声的增加，而电流没有类似的增加，降低了（低频或高频）信噪比。最后，它表明，较短的垂直高度（与传输方向上的有源区的长度相比），更大的PSD的最大频率。作为该结果的副产品，设想了优化石墨烯晶体管的固有截止频率的替代策略（没有长度缩放）。
2015-12-11 cond-mat.mes-hall
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
Nonlinear electric conductivity and THz-induced charge transport in graphene
基于量子主方程方法，研究了石墨烯在静态电场作用下不同化学势位移的非线性电导率。模拟结果表明，随着电场强度的增加，有效电导率首先受到抑制，反映了由于强电场引起布里渊区的大位移而导致的有效载流子的耗尽。然后，当场强超过$1$ ~MV/m时，有效电导率增加，通过朗道-齐纳隧穿过程克服了载流子耗尽。基于电导率的非线性行为，研究了几个周期的太赫兹脉冲诱导的电荷输运，以阐明物质中电流的超快控制。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Broadband Terahertz Modulation in Electrostatically-doped Artificial Trilayer Graphene
利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS），报道了一种在氧化硅衬底上随机堆叠三层石墨烯（TLG）的太赫兹光调制器。在这里，TLG的费米能级的栅极调谐提供了太赫兹传输调制的基本基础。我们测量了15%的变化，在太赫兹传输的这种设备在很宽的频率范围内（0.6-1.6THz）。我们还观察到在时域信号中>80%的强吸收和电导率的频率独立性。此外，与以前的研究不同，我们发现，作为石墨烯的栅电极的底层硅衬底在施加偏压下也表现出对透射的THz辐射的实质性调制。
2017-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Drude Conductivity of Dirac Fermions in Graphene
在石墨烯中运动的电子表现为无质量的狄拉克费米子，它们表现出迷人的低频电输运现象。然而，它们的动态响应在1太赫兹（THz）以上的频率下鲜为人知。这些知识不仅对于更深入地理解狄拉克电子量子输运非常重要，而且对于石墨烯在超高速THz电子学和IR光电子学中的应用也非常重要。在本文中，我们报告的第一个测量的高频导电性的石墨烯从太赫兹到中红外在不同的载流子浓度。电导率表现出类似德鲁德的频率依赖性，并在太赫兹频率显着增加，但其绝对强度大大低于理论预测。这种自由电子振子强度的异常降低被石墨烯带间跃迁的相应变化所证实，正如求和规则所要求的那样。我们令人惊讶的观察表明，多体效应和狄拉克费米子杂质相互作用超越电流输运理论是重要的狄拉克费米子在石墨烯的电响应。
2010-07-27 cond-mat.mes-hall
Polarization-sensitive absorption of THz radiation by interacting electrons in chirally stacked multilayer graphene
我们发现，一个干净的多层石墨烯片的不透明度取决于螺旋的圆偏振电磁辐射。这种效应可以理解为在交换电子-电子相互作用的存在下，改变动量空间中的赝自旋织构的带间光学跃迁的赝自旋选择规则。半解析Hartree-Fock方法中描述的相互作用导致形成拓扑上不同的对称性破缺状态，其特征在于陈数和零场异常霍尔电导率。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Terahertz lasers based on optically pumped multiple graphene structures with slot-line and dielectric waveguides
提出并评价了基于光泵多层石墨烯结构的太赫兹（THz）激光器。所开发的设备模型占的带间和带内跃迁的简并电子空穴等离子体中产生的光辐射在MGL结构和槽或介质波导中的损失。给出了太赫兹激光增益和产生太赫兹激光的条件，表明所研究的激光器在室温下可以工作在大于1THz的频率。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz and Infrared Photodetection using p-i-n Multiple-Graphene-Layer Structures
我们建议利用多个石墨烯层结构与横向p-i-n结的太赫兹（THz）和红外（IR）光电探测和证实基于这些结构的光电探测器的操作。使用开发的设备模型，我们计算的检测器的直流响应度和检测作为石墨烯层的数量和几何参数的函数，并表明直流响应度和检测率可以是相当大的，特别是在太赫兹范围的低端在室温下。由于相对高的量子效率和低热生速率，所考虑的光电探测器可以大大超过其他THz和IR探测器。作为太赫兹和红外辐射的调制频率的函数的检测器响应度的计算表明，所提出的光电探测器是非常快的，可以在几十GHz的调制频率下工作。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall
Graphene Zero-Bias Sub-Terahertz Turnkey Detector with Above 43 GHz Bandwidth
National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）；Moscow Pedagogical State University（莫斯科师范大学）；Programmable Functional Materials Lab, Center for Neurophysics and Neuromorphic Technologies（可编程功能材料实验室，神经物理与类脑技术中心）；Center for Advanced Studies（高级研究中心）
本研究提出了一种带宽超过43 GHz的石墨烯亚太赫兹探测器，通过优化设计实现零偏压操作，为高速低功耗太赫兹探测器提供了实用解决方案。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall
Induced by coherent THz-radiation high harmonics generation in bilayer graphene at high Fermi energies
研究了高费米能级下AB型双层石墨烯与相干电磁辐射相互作用的非微扰机制中的高次谐波产生过程。在电子的高费米能区中施加的相干低频辐射场排除了增强高谐波速率的带间跃迁。本文发展的带电载流子与强抽运波相互作用的微观非线性量子理论在布里渊区的狄拉克点附近是有效的。在多光子激发机制下，密度矩阵的Liouville-vonNeumann方程被解析和数值求解。基于数值解，我们研究了任意偏振泵浦光的高次谐波的速率。所得结果表明，双层石墨烯可以作为一种有效的材料，用于产生从太赫兹到中红外频率域的高次谐波，在泵浦波中等强度。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
Graphene terahertz uncooled bolometers
我们提出了太赫兹（THz）非制冷测辐射热计的概念的基础上的n型和p型石墨烯层（GLS），构成的吸收区域，连接的阵列未掺杂的石墨烯纳米带（GNRs）。GL吸收太赫兹辐射，GNR阵列扮演势垒区的角色（导致nGL-GNR-pGL测辐射热计）。入射THz辐射在GL n-和p-区域中的吸收导致电子和空穴的有效温度以及它们的费米能量的变化，从而导致通过GNR的电流的变化。使用所提出的器件模型，我们计算了暗电流和测辐射热计的响应作为GNR能隙，施加电压和太赫兹频率的函数。我们表明，建议的测辐射热计可以超过热电子测辐射热计使用传统的半导体异质结构。
2012-09-30 cond-mat.mes-hall
