单层和双层石墨烯腔中的狄拉克费米子光学与定向发射

具有高迁移率的石墨烯承载着具有线性色散的无质量电荷载流子，为电子光学现象提供了有前景的平台。受介电光学微腔物理学的启发——在介电光学微腔中，光子发射特性可以通过腔形状进行有效调控——我们研究了变形微盘石墨烯台球中受限狄拉克费米子共振态的相应机制及其定向发射。在这种石墨烯器件中，背栅电压提供了一个额外的可调参数，以模拟不同的有效折射率，从而模拟边界处相应的菲涅尔定律。此外，基于单层和双层石墨烯的腔分别表现出克莱因隧穿和反克莱因隧穿，导致在停留时间及由此产生的腔态发射轮廓方面存在显著差异。而且，我们发现根据电荷载流子被注入腔的源位置不同，表现出多种不同的发射特性。结合量子力学模拟、光学光线追踪和相应的相空间分析，我们证明了在单层石墨烯系统的中场区域中发射电荷载流子的强受限，并将其与透镜效应联系起来。对于双层石墨烯，共振态的捕获更加有效，且发射特性对源位置的依赖性较小。