The graphene squeeze-film microphone
本文提出一种基于石墨烯挤压膜的新型麦克风，通过锁相环跟踪声压调制的薄膜共振频率来检测声音，具有动态范围大、抗压抗振且尺寸可比MEMS小千倍以上的优势。
2024-06-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Experimental observation of nanoscale radiative heat flow due to surface plasmons in graphene and doped silicon
由于其二维电子结构，石墨烯表现出许多独特的性质。其中之一是在红外范围内的波矢量和温度依赖的等离子体。理论预测，由于这些等离子体激元，石墨烯可以用作通用材料，以增强任何介电衬底的纳米级辐射热交换。在这里，我们报告之间的辐射传热实验SiC和SiO2球具有非匹配的声子极化激元频率，因此只有弱的近场热交换。我们观察到，在SiC上外延生长的石墨烯的热通量贡献在短距离处占主导地位。等离子体激元对辐射传热的影响进一步支持与掺杂硅的测量。这些结果突出了石墨烯在光子近场和能量转换器件中的强大潜力。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Near-field radiative heat transfer between graphene-covered Weyl semimetals
本文理论研究石墨烯覆盖外尔半金属异质结构中的近场辐射传热，揭示热通量增强或衰减取决于石墨烯化学势，其机制为表面等离极化激元的耦合或解耦，为主动调控NFRHT提供了新思路。
2024-08-25 cond-mat.mes-hall
The Casimir frictional drag force between a SiO2 tip and a graphene-covered SiO2 substrate
讨论了用非接触式力显微镜检测Casimir摩擦力的可能性。在位于石墨烯覆盖的SiO2衬底上方的SiO2尖端上，将作用由石墨烯片中的电流产生的波动电磁场介导的摩擦阻力。这种摩擦力将产生悬臂梁的弯曲，这可以通过最先进的非接触式力显微镜来测量。利用这个实验装置可以研究Casimir摩擦阻力的热贡献和量子贡献。这一结果为Casimir摩擦力的机械检测以及摩擦阻力效应在微纳机电器件（MEMS和NEMS）中的应用奠定了基础。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall
Near-field radiative heat transfer and van der Waals friction between closely spaced graphene and amorphous SiO$_2$
我们研究了石墨烯和无定形SiO $_2$衬底之间的辐射传热和范德华摩擦。我们研究了表面声子极化激元作为温度和载流子密度的函数对低场迁移率的贡献。我们发现，电流饱和在一个高的电场，与实验一致。饱和电流对温度的依赖性很弱，我们将其归因于石墨烯载流子与衬底光学声子之间的“量子”摩擦。我们计算了由范德华摩擦引起的两个石墨烯片之间的摩擦阻力，并发现这种阻力可以诱导足够高的电压，可以很容易地通过实验测量。我们发现，对于非悬浮石墨烯的近场辐射传热，由于直接声子耦合的传热，是在低电场的相同数量级。在高场下，声子对热传递的贡献占主导地位。对于石墨烯与衬底之间的大间隔，热传递由近场辐射热传递主导。
2010-12-23 cond-mat.mes-hall
Radiative Thermal Diode Mediated by Nonreciprocal Graphene Plasmons Waveguides
提出了一种基于非互易石墨烯等离子体波导辅助纳米颗粒间非对称辐射传热的热二极管。热二极管系统由两个粒子和一个漂移偏置的悬浮石墨烯片在他们附近。非互易石墨烯等离子体激元由石墨烯片中的漂移电流引起，然后耦合到由近场机制中的粒子发射的波。基于石墨烯等离子体激元传播方向的不对称性，观察到两个粒子之间的热整流。辐射热二极管的性能可以通过调节石墨烯片中的化学势或改变漂移电流来主动调节。在大的漂移速度和小的化学势下，可以在从近场到远场的很宽的粒子间距范围内获得整流系数非常接近1的理想辐射热二极管。采用石墨烯等离子体激元的色散关系来分析整流效应的潜在物理。此外，由于非互易石墨烯等离子体激元的宽带特性，漂移偏置的石墨烯可以作为粒子之间的热整流的通用平台。更优选具有较大粒子共振频率的粒子以产生更好的热二极管。该技术在纳米热管理领域有着广泛的应用前景
2020-01-05 cond-mat.mes-hall
The Effect of Non-Local Electrical Conductivity on Near-Field Radiative Heat Transfer between Graphene Sheets
石墨烯的近场辐射热传递由其电导率确定，通常使用局部Kubo和Drude公式建模。在这封信中，我们分析了非局域性的石墨烯的电导率使用Lindhard模型结合Mermin弛豫时间近似。我们还研究了电导率随波矢的变化如何影响由真空间隙隔开的两个石墨烯片之间的近场辐射电导。结果表明，当$k_ρ$大于$100k_0$时，电导率随波矢的变化是明显的，其中$k_0$是自由空间中波矢的大小. Kubo电导率提供了两个石墨烯片之间的光谱辐射电导的准确估计，除了石墨烯的表面等离子体激元频率周围和小于20 nm的分离间隙处，其中具有$k_ρ>100k_0$的模式对辐射电导有不可忽略的贡献。Drude公式被证明对于石墨烯的电导率和辐射电导的建模是不准确的，除了在远低于费米温度的温度和远小于$2μ_c/{\hbar}$的频率下，其中$μ_c$和${\hbar}$分别是化学势和约化普朗克常数。在Lindhard模型中应适当考虑电子的散射过程，使局域电子数守恒。在无碰撞Lindhard模型中，用$ω+iγ$代替$ω$（$ω$、$i$和$γ$分别是角频率、虚部单位和散射率）不满足局部电子数守恒，并导致计算石墨烯电导率和辐射电导的显著误差。
2022-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Graphene-based amplification and tuning of near-field radiative heat transfer between dissimilar polar materials
表面声子-极化激元共振在近场能强烈地增强两个表面间的辐射换热。然而，由两种不同材料支持的表面模式之间的光谱失配是导致它们交换的辐射热通量急剧减少的原因。在本文中，我们研究了如何存在的石墨烯片，沉积在支持最低频率的表面波的材料上，允许广泛调谐的辐射热传递，产生放大因子高达一个数量级。通过分析Landauer能量传输系数，我们证明了这种放大是由石墨烯支持的离域等离子体激元和两个石墨烯的表面极化激元之间的相互作用引起的。我们最后表明，我们强调的效果是强大的频率失配方面，铺平了道路，在不同的配置近场辐射传热的主动调谐和放大。
2017-05-04 cond-mat.mes-hall
Radiative damping and synchronization in a graphene-based terahertz emitter
我们研究了最近提出的基于石墨烯的太赫兹发射器的辐射阻尼效应的影响下，这是自洽的分子动力学方法中的集体电子动力学。我们表明，在适当的条件下，同步的单电子的动态发生，导致上升的振荡分量的充电电流。同步时间取决于所施加的直流电场和电子散射率显着，并大致成反比的辐射阻尼率，这是由载流子浓度和几何参数的设备。分析了由振荡电流分量决定的同步态的发射光谱。高次谐波的有效产生的大值的辐射阻尼强度被证明。
2013-12-18 cond-mat.mes-hall
Active control of near-field radiative heat transfer by coating-twisting method
本文采用涂层扭转法实现了两种各向同性材料间近场辐射换热的主动控制。在两个平板上涂覆石墨烯光栅，然后通过调节两个光栅之间的扭曲角度，不仅可以增强NFRHT，还可以减弱NFRHT。其物理机制是由石墨烯光栅和各向同性材料耦合的模式，它可以随着扭曲角的变化。该方法也适用于其他类型的各向异性薄膜，为实现高精度的纳米级热管理、灵活的热通讯和热开关提供了一种途径。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Near-field radiative heat transfer between shifted graphene gratings
本文采用改进的FMM-LBF研究覆盖石墨烯光栅的熔融石英板间近场辐射换热，揭示横向移位导致热通量最高降低60%-70%，并划分LSE与non-LSE机制。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Graphene Squeeze-Film Pressure Sensors
挤压膜压力传感器的工作原理是基于膜的谐振频率的压力依赖性，这是由周围气体的压缩引起的，这改变了谐振器的刚度。为了实现这样的传感器，不仅需要坚固和柔性的膜，而且最小化膜的质量对于最大化响应度是必不可少的。在这里，我们演示了使用几层石墨烯膜作为挤压膜压力传感器。观察到膜的谐振频率的明显压力依赖性，在8和1000毫巴之间具有4 MHz的频移。该传感器显示出可再现的响应和无滞后。该器件的测量响应度为9000 Hz/mbar，比最先进的基于MEMS的挤压膜压力传感器高45倍，同时使用小25倍的膜面积。
2015-10-23 cond-mat.mes-hall
Radiative decay effects influence the local electromagnetic response of the monolayer graphene with surface corrugations in terahertz range
我们继续研究了表面波纹对单层石墨烯在太赫兹波段的局部电磁响应的影响。考虑了辐射衰减、石墨烯中载流子谱的双谷结构和呼吸表面曲率形成的合成电场的影响。为了实现这一程序，得到了广义非线性自洽方程。在外加弱交变电场的情况下，得到了外电场线性近似下的方程的精确解，表明在这种情况下，感应电流路径的局部失相依赖于表面形状。这一理论结果定性地解释了石墨烯中局部电流模式的相应实验，而没有使用完全量子方法，这对于石墨烯纳米带中这种现象的理论描述是必要的。此外，本文所得到的公式还可作为局部电流路径图象给定的表面波纹形成象新方法的基础。所获得的结果允许研究纳米尺度下材料的机械行为偏离宏观既定的概念，这对石墨烯特别重要。
2014-10-15 cond-mat.mes-hall
Plasmons enhance near-field radiative heat transfer for graphene-covered dielectrics
研究表明，电介质板顶部的石墨烯层可以显着影响该电介质的辐射热交换能力。石墨烯的效应与热激发等离子体有关。这些共振的频率位于太赫兹区域，并且可以通过掺杂或选通改变费米能级来调谐。覆盖有石墨烯的两个电极之间的热传递可以大于最已知的材料之间的热传递，并且在低温下甚至大得多。此外，高传热可以通过电气手段进行显著调节，这为利用热通量进行非常快速的操纵开辟了新的可能性。
2012-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Fluctuation-induced friction and heat transfer at the water-multilayer graphene interface
利用声子和辐射摩擦传热理论计算了水-多层石墨烯界面的摩擦传热。声子对摩擦和热传递的贡献比辐射贡献大许多个数量级。声子摩擦和热传递随着石墨烯层$N$的数量的增加而略微增加，并且在$N>5$处达到饱和，这与通过界面的声子透射系数的增加和在垂直于表面的方向上的有限声子平均自由程相关联。辐射贡献几乎与$N$无关，因为对于石墨烯中的层间距离量级的水和石墨烯之间的距离，倏逝波与多层石墨烯的相互作用受到第一石墨烯层的限制。声子贡献的结果与使用MD模拟获得的Kapitsa电阻的结果以及在水-单层石墨烯界面处获得的摩擦系数的实验数据一致。电势差导致摩擦和热传递的辐射贡献的强烈增加，其在$\sim 10$ V的电势差处变得比声子贡献大大约一个数量级。
2022-03-06 cond-mat.mes-hall
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
Manipulating single photon emitter radiative lifetime in transition-metal dichalcogenides through Forster resonance energy transfer to graphene
结构缺陷可以对单层（ML）厚材料的光学响应产生至关重要的影响，因为它们使得能够捕获激子的位置。这些被捕获的激子在光致发光光谱中作为自由亮激子下方的新发射出现，并且可以用于单光子发射（SPE）。在这项工作中，我们概述的标准，在我们的框架工作，单光子发射可以在二维材料中检测到，我们探讨如何在原子薄过渡金属dichalcogenides（TMD）这些标准可以实现。特别是，我们模型的缺陷的影响，按照最常见的实验realisations，对空间自相关函数的随机无序势。此外，我们提供了一种方法来控制这些发射的辐射寿命的混合异质结的ML TMD与石墨烯片和介电间隔，使福斯特共振能量转移过程。我们的工作预测了相应的SPE猝灭辐射寿命将在皮秒范围内，这个时间尺度与最近测量的该异质结构中激子寿命很好地一致
2021-05-09 cond-mat.mes-hall
Near-Field Radiative Heat Transfer between Drift-biased Graphene through Nonreciprocal Surface Plasmons
在这篇论文中，我们从理论上证明了近场辐射传热（NFRHT）可以通过一种新的能量传输模式的倏逝波，即非互易表面等离子体激元（NSPPs）调制和增强。除了众所周知的耦合表面等离子体激元（SPP），在石墨烯片上施加漂移电流会导致极其不对称的光子传输模型，这在纳米尺度的非接触热交换中从未被注意到。红外波段中的等离子体激元的耦合主导NFRHT，与沿着（逆着）电流行进的低损耗（高损耗和无约束）相关联。分析了NSPP与漂移电流速度和真空间隙的关系。研究发现，在较小的和较大的间隙尺寸的NSPP的耦合表现出不同的非互易性。最后，我们还证明了在低化学势下，漂移电流对辐射热流的显著影响。这些发现将为光谱控制NFRHT开辟一条新的途径，这对于提高近场热光电转换和热调制器等能源系统的性能具有巨大的潜力。
2020-01-07 cond-mat.mes-hall
Near-field radiative heat transfer between a nanoparticle and a graphene grating
本研究开发散射矩阵方法，探究纳米粒子与石墨烯光栅间的近场辐射换热，发现石墨烯涂层可提升热通量85%，光栅化因等离激元模式拓扑转变进一步增强换热，并揭示横向偏移对热通量的影响及临界几何因子。
2024-06-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Universal Distance-Scaling of Non-radiative Energy Transfer to Graphene
荧光发射体和石墨烯之间的近场相互作用表现出与局部偶极诱导的电磁场相关联的丰富物理，由于石墨烯的独特性质，局部偶极诱导的电磁场被强烈增强。在这里，我们测量发射体寿命作为发射体-石墨烯距离d的函数，并发现与由精细结构常数控制的通用标度律一致。观察到的能量转移率与1/d^4相关性一致，这是二维有耗介质的特征。相对于在距离d~5nm处的真空中的衰减，发射体衰减速率增强90倍（~99%的转移效率）。这种高能量传递率主要是由于单原子碳层的二维性和无间隙特性。因此，石墨烯被证明是一种非凡的能量汇，在光电探测、能量收集和纳米光子学方面具有巨大的潜力。
2013-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proposal for a graphene based nano-electro-mechanical reference piezoresistor
受最近预测的各向异性的弹道石墨烯沿纵向和横向方向的压阻的启发，我们调查的角规范因子的石墨烯在弹道和扩散制度，使用高效的量子输运模型。结果表明，由于施加应变的结果，六重对称性减少为二重对称性，因此在$0^{\circ}$至$90^{\circ}$之间的弹道和扩散石墨烯中的角规因子具有周期性$π$的正弦关系。在弹道和扩散区，角规范因子分别在临界角$20^{\circ}$和$56^{\circ}$处为零。基于这些发现，我们提出了一种基于石墨烯的弹道纳米传感器，它可以用作惠斯通电桥读出技术中的参考压敏电阻。本文提出的参考传感器不受应变传感器中存在的固有残余应变和爆炸物检测中蒸汽产生的不需要的应变的影响。本文所建立的理论模型可用于探索其他二维狄拉克材料中类似的应用。这里提出的建议可能铺平了道路的NEMS应变传感器的实施的基础上的原则，弹道输运，这将最终取代MEMS压阻传感器的特征尺寸的减少。石墨烯中应变不敏感"临界角"的存在也可用于柔性可穿戴电子器件。
2020-06-28 cond-mat.mes-hall
Electrically-gated near-field radiative thermal transistor
在这项工作中，我们提出了一个近场辐射热晶体管由两个石墨烯覆盖的碳化硅（SiC）板分开的纳米真空间隙。厚的SiC板充当热“源”和“漏”，而石墨烯片充当“门”，以通过对称或不对称地调节化学势与施加的偏压来调制近场光子隧穿。由涨落电动力学计算得到的辐射热通量随石墨烯化学势的变化而显著变化，这可以调节真空间隙中石墨烯等离子体激元之间的耦合。热调制，开关和放大，这是一个热晶体管所需的关键功能，理论上实现和分析。这项工作将为主动热管理、热电路和热计算铺平道路。
2015-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-Infrared Radiative Emission from Bright Hot Plasmons in Graphene
石墨烯中受激载流子的衰变动力学引起了广泛的科学关注，因为无隙狄拉克电子能带结构打开了常规材料中不允许的弛豫通道。我们报告费米能级依赖的中红外发射石墨烯起源于以前未观察到的衰变通道：热等离子体激元产生的光激发载流子。所观察到的费米能级依赖性排除了普朗克发光机制，并与光反转石墨烯中计算的等离子体发射光谱一致。明亮的热等离子体发射的证据进一步支持费米能级依赖和偏振依赖的共振发射从石墨烯等离子体纳米阵列在脉冲激光激发下。自发等离子体激元发射是一个明亮的发射过程，因为我们对实验条件的计算表明，在几千开尔文的温度下，自发产生的等离子体激元的光谱通量比黑体发射高几个数量级。在这项工作中，它表明，石墨烯等离子体激元的辐射效率的大幅增强，可以通过装饰石墨烯表面与金纳米盘，作为耦合输出散射体，并促进本地化的等离子体激元激发时，他们与入射的激发光共振。这些观测为探索超快和超亮中红外发射过程和光源奠定了基础。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced near-field radiative energy, linear-momentum, and angular-momentum transfer
本文研究了从电流偏置石墨烯到纳米颗粒的近场辐射能量、线动量与角动量转移，发现电流诱导的非平衡涨落可在无温差时引发转移，且石墨烯表面等离激元的自旋-动量锁定会产生垂直于电流的力矩，温差会极大增强能量转移，为操控纳米颗粒提供了新途径。
2024-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Extraordinary Photon Transport by Near-Field Coupling of a Nanostructured Metamaterial with a Graphene-Covered Plate
耦合的表面等离子体/声子极化激元和双曲模式已知可以增强穿过纳米真空间隙的辐射传输，但通常需要相同的材料。对于近场热光伏和热整流等应用，实现不同材料之间的强近场能量传递变得至关重要。在这项工作中，我们从理论上证明了纳米结构的超材料发射器和石墨烯覆盖的平面接收器之间的非凡的近场辐射传输。在20 nm的间隙距离处实现了近场耦合，光谱热流密度增加了两个数量级。通过仔细选择石墨烯化学势和硅纳米孔发射器和硅板接收器的掺杂水平，在400 K至300 K之间，总近场辐射热通量可以达到远场黑体极限的约500倍。通过近场表面等离子体激元耦合、涨落电动力学和色散关系阐明了其物理机制。详细分析了石墨烯化学势、发射极和接收极掺杂浓度以及真空间隙距离对近场耦合和辐射转移的影响。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetically tunable multi-band near-field radiative heat transfer between two graphene sheets
近场辐射传热与近场成像、热光电转换、热路器件等应用密切相关。NFRHT的主动控制是非常感兴趣的，因为它通过外部手段提供了一定程度的可调谐性。在这项工作中，一个磁可调的多波段NFRHT揭示了在两个悬浮的石墨烯片在室温下的系统。发现在外加磁场作用下，B=0时的单带谱分裂为多带谱。对于适度的磁场（例如，B= 4T）。一个带是由带内跃迁的经典制度，经历了蓝移的化学势增加。同时，另一个带是由量子区中的朗道能级间跃迁贡献的，这对化学势的变化是鲁棒的。对于强磁场（例如，B=15 T）时，存在一个附加带，其谐振峰出现在近零频率（微波区），源于磁等离子体激元零模式。在如此低的频率下，NFRHT的显著增强在任何以前的系统中都没有发现。这项工作可能为基于原子级薄石墨烯片的多波段热信息传输铺平道路。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-field radiative heat transfer between nanostructures in the deep sub-wavelength regime
由深亚波长距离分开并受到大的热梯度（>100 K）的平行物体之间的辐射热传递可以实现发电和热传输控制的突破性技术。然而，由于难以在nm尺度的距离上保持大的热梯度，同时避免其他热传递机制，如传导，在这种情况下的热传输从未在实验上实现。以前的平行平面之间的实验测量仅限于大于500 nm的距离（具有20 K的热梯度），这远大于大多数应用所需的理论预测距离（<100 nm）。在这里，我们展示了近场辐射热传递之间的平行纳米结构在深亚波长制度，使用高精度微机电（MEMS）位移控制。我们还利用高拉伸应力下结构的高机械稳定性，以最大限度地减少热屈曲效应，并在大的热梯度下保持小的分离。我们实现了近两个数量级相对于远场极限，这对应于一个54 nm的分离的热传递的增强。我们还实现了冷热表面之间的高温度梯度（260 K），同时保持约100 nm的距离。
2015-09-26 cond-mat.mes-hall
Non-linear self-consistent response of graphene in time domain
我们研究了考虑自洽场效应的石墨烯的非线性电磁响应。计算了系统对强脉冲激励的响应。结果表明，在石墨烯中的辐射衰减不同于传统的二维电子系统的定量和定性。预测的影响产生太赫兹辐射的可能应用进行了讨论。
2007-09-19 cond-mat.mes-hall
Quantum-Electron Back Action on Hybridization of Radiative and Evanescent Field Modes
从狄拉克电子在石墨烯上的辐射和倏逝场的杂交的反作用被发现作为一个类比牛顿第三定律。在这里，反作用表现为局部极化场，极大地改变了入射表面等离子体极化子（SPP）场。这产生了对局部介电环境的高灵敏度，并为选择性地与碳结合的分子或蛋白质提供了仔细检查工具。散射矩阵示出了不同的频率附近的表面等离子体（SP）共振的增加，减少，甚至完全抑制的极化场，这使得准确的有效介质理论，以构造麦克斯韦方程时域有限差分法。此外，混合SP和石墨烯-等离子体激元模式的吸收光谱中的双峰仅在大的导体等离子体频率下是显著的，但是当石墨烯靠近导体表面放置时，在小的等离子体频率下被圆形SPP峰所掩盖。这些共振激发促进了仅极化激元的激发，导致无阈值激光器的极化激元凝聚。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Radiative Heat Transfer
导电材料中的光吸收产生其传导电子的加热，随后在皮秒内弛豫成声子，随后在较长的时间尺度上扩散到周围介质中。这种传统的光学加热图像由辐射冷却补充，辐射冷却通常以更低的速度发生，仅与保持在真空中或极端热隔离条件下的结构相关。在这里，我们揭示了相邻的等离子体支持石墨烯纳米结构之间的超快辐射冷却制度，其中非接触式热传递成为一个主导渠道。我们预测，沉积在石墨烯盘上的电子热能的>50%可以在飞秒时间尺度内转移到相邻的纳米岛。这种现象是由掺杂的石墨烯所显示的低电子热容和大等离子体场浓度的组合促进的。类似的效应应该发生在其他范德华材料，从而打开了一个未探索的途径，以有效的热管理的纳米结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Radiative Corrections to Quantum Sticking on Graphene
我们使用四种不同的方法研究了原子氢对悬浮石墨烯的粘附率，其中包括多声子发射过程的贡献。我们比较了（1）原子自能的环展开，（2）非交叉近似（NCA），（3）独立玻色子模型近似（IBMA）和（4）首阶软声子重算方法（SPR）计算粘滞率的结果.环展开揭示了一个红外问题，类似于QED中臭名昭著的红外问题。2-环对粘附率的贡献给出了对于大膜趋于发散的结果。后三种方法解决了这个红外问题，并给出了在无限膜的极限下有限的结果。我们发现，对于微膜（尺寸范围为100 nm至10 $μ$ m），后三种方法得到的结果是彼此吻合良好，并产生相对于最低阶黄金法则率被轻度抑制的粘附率。最后，我们发现SPR粘附率随着膜尺寸的增加而缓慢下降到零，而NCA和IBMA速率在此极限下趋于非零常数。因此，近似的粘附率可以是敏感的大膜的软声子发射的影响。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically tunable radiative cooling performance of a photonic structure with thermal infrared applications
本文提出一种石墨烯基MIM光栅超材料吸收器，利用电压调控石墨烯化学势实现红外吸收共振可调，并获得超过18的平均净冷却功率。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Radiative Processes in Graphene and Similar Nanostructures at Strong Electric Fields
石墨烯单层和类似纳米结构中的低能单电子动力学由狄拉克模型描述，狄拉克模型是无质量QED的2+1维版本，其中光速被费米速度v_{F} =c/300代替。强场QFT的方法与狄拉克模型相关，因为任何低频电场都需要对无质量载流子进行非微扰处理，以防它在足够长的时间间隔内保持不变。在这种情况下，通过缓慢变化且小梯度的电场从真空产生的电子-空穴对的产生和湮灭的效应是相关的，从而基本上影响辐射图案。由于这个原因，标准的量子电动力学教科书中的光子发射理论是没有帮助的。我们构造了Dirac模型的Fock空间表示，它精确地考虑了由外部电场引起的真空不稳定性的影响，并在其中微扰地考虑了电子和光子之间的相互作用，遵循一般理论（广义Furry表示）。我们考虑光子发射的有效理论在一级近似下，并考虑到幺正关系，构建相应的总概率。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall hep-th
Graphene as Gain Medium for Broadband Lasers
与传统结构相比，有效的非辐射载流子复合抵消了石墨烯中光学增益的出现。基于对石墨烯中耦合载流子、声子和光子动力学的微观和完全量子力学研究，我们提出了一种获得长寿命增益的策略：将石墨烯集成到光子晶体纳米腔中并应用高介电衬底，产生明显的相干光发射，这表明石墨烯基激光器件的设计覆盖了宽光谱范围。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electroluminescence of the graphene 2D semi-metal
研究发现高质量hBN封装石墨烯可在大偏压下产生中红外远场电致发光，其源于带间隧穿电泵浦并受四分之一波长共振塑形，拓展了半金属发光器件方向。
2023-06-08 cond-mat.mes-hall
Exciton-photon interactions in semiconductor nanocrystals: {radiative transitions, non-radiative processes,} and environment effects
在这篇综述中，我们讨论了几个基本过程发生在半导体纳米晶体（量子点，量子点）时，它们的电子子系统与电磁（EM）辐射相互作用。被认为是从量子点激子的光发射和EM能量转移到其他电子系统，如相邻的纳米晶体和极化的3D（半无限电介质或金属）和2D（石墨烯）材料的物理现象。直接（II-VI）和间接（硅）带隙半导体的情况进行了比较。我们也涵盖了相关的非辐射机制，如俄歇过程，电子捕获悬挂键和声子的相互作用。重点是解释基本的物理原理，并以全面的教程方式用计算和实验结果说明它。
2021-01-09 cond-mat.mes-hall
Designing a Concentrated High-Efficiency Thermionic Solar Cell Enabled by Graphene Collector
我们提出了一个集中的电子发射太阳能电池的设计，这表明了一个高的太阳能到电能的转换效率大于10%的600太阳下，通过利用特殊的电，热和辐射性能的石墨烯作为集电极。通过构建一个分析模型，明确考虑到非理查森行为的电子发射电流从石墨烯，在真空间隙中的空间电荷效应，和各种不可逆的能量损失的子组件内，我们进行了详细的表征的转换效率限制和电功率输出特性的建议系统。系统地模拟和比较了石墨烯-石墨烯、石墨烯-金刚石和金刚石-金刚石等不同结构的双光子发射体的能量转换效率，结果表明，采用金刚石薄膜作为发射体，石墨烯作为收集体的能量转换效率最高，从而揭示了石墨烯在实现高性能双光子发射太阳能电池中的重要作用。在800个太阳下，其最大效率为12.8%，明显高于现有的几种固态太阳能电池设计，如太阳能驱动的热电转换器和热光伏转换器。因此，我们的工作开辟了新的途径，以提高电子太阳能转换的效率极限和下一代基于新型纳米材料的太阳能收集技术的发展。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Plasmonic Tuning of the Near Field Heat Transfer in Double Layer Graphene
讨论了非平衡双层石墨烯体系中的非辐射传热问题。我们表明，在中性点的热交换是由层间等离子体激元模式为主，并推导出作为温度和层间分离的函数的热流的解析表达式。这些结果表明，对于一系列低温，两个石墨烯层是比传统金属更有效的热交换器。这一现象背后的物理原因是石墨烯光谱中存在能量大、动量小的带间激发。等离子体机制的热传递是急剧抑制静电掺杂。这允许通过在两层之间施加的小电压来调节热交换。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions
自从石墨烯出现以来，我们已经看到了几种实现在太赫兹频率范围内可调谐的朗道激光器的提议。希望是朗道能级与狄拉克费米子的非等距离可以抑制有害的非辐射俄歇复合。不幸的是，即使在这种非等距的情况下，朗道量子化的石墨烯中仍然存在不利的非辐射过程，并且到目前为止还没有报道狄拉克费米子的回旋辐射。消除这最后一个非辐射过程的一种方法是通过在线性能带结构中打开一个小间隙来充分修改朗道能级的色散。这种带隙的类石墨烯材料的经证实的实例是接近拓扑相变的HgTe量子阱。在这项工作中，我们实验证明朗道发射狄拉克费米子在这样的碲化汞量子阱，其中发射是可调的磁场和载流子浓度。因此，这些结果代表了在实现太赫兹朗道激光器的磁场和栅极电压调谐的进步。
2023-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuneable terahertz transitions in zigzag graphene nanoribbons
University of Exeter（埃克塞特大学）；De La Salle University（德拉萨大学）；Teracan Ltd（泰拉肯有限公司）
本文通过横向电场调控锯齿形石墨烯纳米带的能隙，实现太赫兹范围内可调谐的光学跃迁，并利用圆光电流效应和范霍夫奇点增强辐射复合，为紧凑型太赫兹发射器提供新途径。
2026-09-17 cond-mat.mes-hall
Thermal-radiation-induced nonequilibrium carriers in an intrinsic graphene
我们研究了一个与声子恒温器相连的本征石墨烯，在温度为T的热光子照射下，温度为T_r，而不是T。得到了低浓度和高浓度载流子情况下非平衡电子空穴对的分布。对于粒子间散射是不必要的情况下，分布函数是由带内弛豫的能量，由于声学声子和带间的热辐射引起的辐射跃迁的相互作用。当库仑散射占主导地位，然后准平衡分布的有效温度和非平衡浓度，通过平衡方程确定，实现。由于热辐射与温度的影响，石墨烯中载流子的$T_r\neq T$浓度和电导率发生了本质上的改变。结果表明，在$T_r>T$的负带间吸收，所造成的载流子分布的反转，可以发生，即石墨烯可以是不稳定的热辐射下。
2008-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced absorption due to defect-localized interlayer excitons in transition metal dichalcogenide-graphene heterostructures
该研究采用多体微扰理论探究硫族元素缺陷对WS₂-石墨烯、MoS₂-石墨烯异质双层光学性质的影响，发现缺陷虽引入低能跃迁、产生大振子强度激子，但会减弱类本征层内激子的光学响应，为光伏等领域的缺陷工程提供参考。
2023-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Super-Planckian electron cooling in a van der Waals stack
宏观物体之间的辐射热传递（RHT）的距离远小于热波长，由倏逝电磁模式决定，并且可以比远场对应物更有效，这是由Stefan-Boltzmann定律描述的。在这封信中，我们提出了一个微观理论的RHT在范德瓦尔斯堆栈包括石墨烯和天然双曲线材料，即六方氮化硼（hBN）。我们表明，热载流子在石墨烯和双曲声子极化激元在hBN之间的RHT是非常有效的，在室温下，导致皮秒的时间尺度的载流子冷却动力学。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall
Twisted Heating-Cooling Transition of Near-field Radiation in Drifted Metasurfaces
本文研究漂移石墨烯超表面间扭曲近场辐射，发现冷到热的非常规热流及热魔角触发的加热-冷却转变，并揭示距离调控的热绝缘与冷却增强效应，为可调谐辐射热管理提供新途径。
2023-04-13 cond-mat.mes-hall
Non-radiative energy transfer between boron vacancies in hexagonal boron nitride and other 2D materials
Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS（图卢兹大学，INSA-CNRS-UPS）；Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（约费研究所，俄罗斯科学院）；Laboratoire Charles Coulomb, Université de Montpellier and CNRS（夏尔·库隆实验室，蒙彼利埃大学和法国国家科学研究中心）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
研究揭示了六方氮化硼中硼空位与二维材料间的非辐射能量转移机制，发现超薄传感层可有效利用该特性用于量子传感器设计。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Unveiling Davydov-Split Excitons in a Template-Engineered Molecular-Graphene Heterostructure
Charles University（查理大学）；CEITEC - Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Masaryk University（马萨里克大学）
本研究通过模板工程分子-石墨烯异质结构揭示达维多夫分裂激子，利用高灵敏度光谱技术解析复杂振动能级，发现暗态分支主导辐射通道，为固态分子量子记忆发展提供新平台。
2026-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
