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抽象的

電流驅動石墨烯二維奈米和等離子體結構中的太赫茲光發射和激光

大辻太一

抽象的

石墨烯因其狄拉克費米子的無質量和無間隙能譜以及通過等離激元極化子的強光與物質相互作用而引起了相當大的關注。本文重點介紹了電流驅動石墨烯二維奈米結構中太赫茲(THz) 光發射和激射方面的最新進展。的載子數量反轉雙閘極偏壓和正向漏極偏壓條件，促進自發性不相干太赫茲光射。在主動增益區域中實現的雷射腔結構可以超越非相干光發射到單模雷射。我們設計並製造了分散式回饋 (DFB) DG-GFET。 GFET 通道由雙層（非 Bernal）外延石墨烯組成，提供超過 100,000 cm2/Vs 的本徵場效應遷移率。刷齒形DG形成具有4.96 THz基模的DFB腔。使用帶有 4.2K 冷卻矽輻射熱計的傅立葉變換光譜儀測量樣品的太赫茲發射。在 100K 的不同樣品中觀察到 1 至 7.6 THz 的寬頻相當強（約 10 μW）的放大自發發射和 5.2 THz 的弱（約 0.1 μW）單模雷射。由於太赫茲光子場限制不佳，目前的結構提供了較弱的增益重疊，導致從單模雷射到寬頻非相干發射的廣泛變化，取決於石墨烯質量（載流子動量弛豫時間）。目前正在進行進一步改進。

結論與意義：石墨烯的載子注入泵浦可以在太赫茲範圍內實現負動態電導率，這可能會產生一種新型的太赫茲雷射。雙光柵柵極GFET 結構中的電流驅動等離子體激元不穩定性以及門控雙石墨烯層奈米電容器結構中的等離子體輔助共振隧道效應可以促進太赫茲波的產生和放大，從而產生強烈的室溫太赫茲激射。

作者感謝 V. Ryzhii、SA Boubanga-Tombet、T. Watanabe、A. Satou、D. Yadav、G. Tamamushi、M. Ryzhii、AA Dubinov、VV Popov、V. Mithin 和 MS Shur 的貢獻。這項工作得到日本 JSPS KAKENHI #16H06361 和 #18H05331 的支持。