二维材料光场电子隧穿的普适模型

我们建立了二维（2D）材料边缘与表面光场电子隧穿的解析模型，包含了维度降低、非抛物性能量色散、能带各向异性、由激光场诱导的准时间依赖隧穿与发射动力学等效应。我们发现了隧穿电流密度 $J$ 与激光电场 $F$ 之间的普适标度关系：In($J/|F|^{\beta})\propto1/|F|$，其中边缘发射中 $\beta = 3 / 2$，垂直表面发射中 $\beta = 1$，二者均不同于传统 Fowler-Nordheim（FN）模型的 $\beta = 2$。由于二维材料的维度降低，电流密度呈现出意外的高场饱和效应，这完全不同于传统块体材料中常见的空间电荷饱和。我们的结果揭示了直流偏压作为调制光场隧穿亚光学周期发射特性的有效方法。重要的是，我们的模型与近期关于石墨烯的实验高度吻合。我们的发现为理解二维材料体系的光场隧穿发射提供了理论基础，有助于基于二维材料的光电子学与真空纳米电子学的发展。