石墨烯中无质量 Dirac 费米子的栅极可调三阶非线性光学响应
介观与纳米尺度物理
2019-11-27 v1
摘要
具有无质量 Dirac 费米子的材料可以具有异常强且广泛可调的光学非线性。对石墨烯单层的实验确实发现了非常大的三阶非线性响应，但报道的非线性光学系数在数量级上的变化尚未得到理解。很大一部分困难在于缺乏关于掺杂或化学势如何影响不同非线性光学过程的信息。在此，我们结合理论报道了首次实验研究，探讨了通过离子凝胶栅极调控化学势的石墨烯中的三次谐波产生（THG）和四波混频（FWM）。当本征石墨烯被重掺杂时，观察到 THG 增强了约 30 倍，而差频 FWM 的表现则截然相反。发现后者在未掺杂石墨烯中向简并 FWM 呈现强发散，导致巨大的三阶非线性。石墨烯这些真正令人惊叹的特性源于其化学势的栅极可控性，该可控性选择性地开启和关闭相干地对光学非线性做出贡献的单光子和多光子共振跃迁，因此可用于开发基于石墨烯的非线性光电子器件。
引用
@article{arxiv.1710.04758,
title = {Gate tunable third-order nonlinear optical response of massless Dirac fermions in graphene},
author = {Tao Jiang and Di Huang and Jinluo Cheng and Xiaodong Fan and Zhihong Zhang and Yuwei Shan and Yangfan Yi and Yunyun Dai and Lei Shi and Kaihui Liu and Changgan Zeng and Jian Zi and J. E. Sipe and Yuen-Ron Shen and Wei-Tao Liu and Shiwei Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.04758},
year = {2019}
}
备注
submitted for publication on August 14th, 2017