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石墨烯等离子体激元振荡产生的电流驱动太赫兹光发射

DOI：10.1021/acsphotonics.9b01037 期刊：ACS Photonics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 石墨烯是太赫兹光电子学基础研究和器件应用中极具前景的材料体系，近年来已展现出包括光电探测和光学调制在内的多项关键功能。该体系中表面等离激元激发的应用尤其引人注目——因其具有远红外波段动态栅极可调、相对较长寿命以及高度亚波长限制等特性。本研究利用这些优势特性，通过电流驱动的表面等离激元振荡产生窄带可调谐太赫兹辐射。我们采用石墨烯纳米带阵列，其中注入的电流（通过热载流子的产生及后续能量弛豫）激发局域化表面等离激元共振，进而向远场辐射。相应地，在宽频段太赫兹光谱范围（4-8太赫兹）内通过设计调控纳米带宽度、并通过栅极电压主动控制，测得了显著的可调谐发射峰。这些成果为研究石墨烯中的表面等离激元与热载流子现象提供了新途径，在开发高度微型化且宽频可调谐的太赫兹辐射源方面具有重要技术价值。
作者： Yuyu Li，Pablo Ferreyra，Anna K. Swan，Roberto Paiella
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

该研究探讨了利用石墨烯纳米带中电流驱动的等离子体振荡产生窄带可调谐太赫兹辐射，通过其动态栅极可调性、长寿命和亚波长限制特性，为太赫兹光电子学应用提供潜在可能。

研究成果

该研究表明石墨烯纳米带中等离子体共振可产生电流驱动的太赫兹辐射，为研究等离子体与热载流子现象提供了新平台。研究结果揭示了实现高度微型化可调谐太赫兹辐射源的潜力，但在样品质量和器件几何结构方面仍有改进空间。

研究不足

该研究受限于化学气相沉积(CVD)石墨烯在二氧化硅基底上中等程度的迁移率，这影响了等离子体发射功率谱密度。此外，锁相检测方案将基底最高温度限制在约190开尔文。

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