石墨烯中太赫兹频率下通过受激发射实现的等离激元放大

我们表明，二维石墨烯中的等离激元在太赫兹频率下可以具有净增益。在粒子数反转的石墨烯层中，等离激元与带间电子 - 空穴跃迁的耦合可以通过受激发射过程导致等离激元放大。我们计算了不同电子 - 空穴密度和温度下的等离激元增益，并表明即使在考虑带内散射引起的等离激元能量损失的情况下，对于 $10^{9}$-$10^{11}$ cm$^{-2}$ 范围内的电子 - 空穴密度，在 1-10 太赫兹频率范围内增益值也可超过 $10^{4}$ cm$^{-1}$。研究发现，当带内散射时间短于 100 fs 时，等离激元表现出净增益。如此高的增益值可能允许制造尺寸在 1-10 $\mu$m 范围内的极紧凑太赫兹放大器和振荡器。