双曲声子极化激元电致发光作为一种电子冷却途径

冷却机制的设计对纳米电子学的发展至关重要。尽管辐射冷却在现今电子器件中效率相当低下，但二维材料的强各向异性可提升效率，因为其在声子共振附近的双曲电磁色散使其能维持多得多（$\sim 10^5$）的辐射通道。在本综述中，我们探讨二维材料中的辐射冷却，特别是石墨烯/六方氮化硼（hBN）异质结构。我们给出由各向异性导致的电磁波双曲色散，并描述二维电子通道中电流的自发涨落如何在其双曲周围介质中辐射热能。我们表明，（i）热电流涨落与（ii）非平衡电流涨落两种机制均可在传输线理论框架内描述，分别对应（i）超普朗克热发射与（ii）电致发光冷却。我们讨论近期基于电子噪声测温的石墨烯-on-hBN 晶体管实验研究。在如石墨烯这类高迁移率半金属于大偏压下的稳态非平衡情形，由电子的恒定齐纳隧穿引起，为双曲电磁模式的电致发光开辟了路径。实验揭示，相较于超普朗克热发射，一旦达到齐纳隧穿区，电致发光冷却尤为显著：观测到的冷却功率比传统 LED 大九个数量级。