基于石墨烯和氮化硼的二维系统中的非线性光电流
介观与纳米尺度物理
2016-08-17 v2
摘要
直流光电流可以在缺乏反演对称的均匀介质中纯粹作为非线性效应产生，无需材料结或偏置电压驱动，即所谓光生伏打效应。这些电流强烈依赖于辐射的偏振态以及底层费米面（如贝里曲率）的拓扑性质。为了研究带隙石墨烯(GG)、偏置双层石墨烯(BBG)和六方氮化硼(hBN)的本征光生伏打响应，我们使用密度矩阵的微扰展开计算非线性电流。这允许对这些材料中电磁场二次响应的微观描述，我们将其作为温度和电子密度的函数进行分析。我们发现本征响应在这些系统中是鲁棒的，并允许pA cm/W到nA cm/W范围的电流。在独立粒子层面，基于hBN的结构由于可观的带隙，其响应仅在紫外波段显著。然而，当通过显式求解Bethe-Salpeter方程考虑库仑相互作用时，我们发现光电导被涉及带隙区域激子能级的跃迁强烈修正，其谱权重在整体频率范围占主导。偏置双层和带隙单层石墨烯在可见和红外窗口具有强光电导，允许几个nA cm/W的光电流密度。我们进一步展示BBG在低能下更丰富的电子色散以及按需改变其带隙的能力允许光电流更高的可调性，不仅包括其大小，而且显著地包括其极性。
引用
@article{arxiv.1605.04918,
title = {Nonlinear photocurrents in two-dimensional systems based on graphene and boron nitride},
author = {F. Hipolito and Thomas G. Pedersen and Vitor M. Pereira},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.04918},
year = {2016}
}
备注
Updating with published version and respective references; 14 pages, 11 figures