光激发石墨烯中竞争的超快能量弛豫途径

对于石墨烯的大多数光电应用而言，透彻理解支配光激发载流子能量弛豫的过程至关重要。石墨烯中的超快能量弛豫通过两条竞争途径发生：载流子 - 载流子散射（产生升高的载流子温度）和光学声子发射。目前，尚不清楚是什么决定了主导的弛豫途径。在此，我们通过研究太赫兹光电导率，同时在宽范围内改变费米能、光子能量和通量，从而获得了关于超快能量弛豫的统一图像。我们发现，足够低的通量（$\lesssim$ 4 $\mu$J/cm$^2$）结合足够高的费米能（$\gtrsim$ 0.1 eV）会产生由载流子 - 载流子散射主导的能量弛豫，从而导致高效的载流子加热。随着通量增加或费米能降低，载流子加热效率下降，这可能是由于能量弛豫越来越由声子发射主导所致。通过载流子 - 载流子散射实现的载流子加热解释了在太赫兹频率下观察到的掺杂石墨烯的负光电导现象。我们提出了一个简单模型，该模型复现了宽范围费米能级和激发能量下的数据，并使我们能够定性评估两条不同弛豫途径之间的分支比如何依赖于激发通量和费米能。