グラフェンの「3人の僧侶」効果

復旦大学物理学部のWushiwei教授は、グラフェンの3次非線形効果の電気的制御を実現し、そのメカニズムを明らかにしました。彼らの研究結果「グラフェンにおける非品質ディラックフェルミオン3次非線形光学応答の電気的制御」は、ロンドン時間の5月21日に「NaturalPhotonics」でオンラインで公開されました。復旦物理学の教授であるLiuweitaoがこの記事の共著者であり、主題グループの博士課程の学生であるHuangdiがこの記事の共著者です。

グラフェンは、炭素原子の単層のみで構成されるハニカム材料です。グラフェンのキャリアは、その独特の格子構造とバンド構造により静止質量がなく、移動速度は固定されており、方向を変えることしかできません。それらの振る舞いはディラックの相対論的量子力学方程式に従うため、質量のないディラックフェルミオンとも呼ばれます。その発見以来、グラフェンの特殊な特性とそれが引き起こす多くの斬新で興味深い現象が、フロンティア科学研究の焦点となってきました。グラフェンの非線形効果はその重要な部分です。これに先立ち、科学界はグラフェンの強力な3次非線形効果に気づき、グラフェンはマイクロナノフォトニクス、レーザー産業、光通信、量子情報とコンピューティング、および生物学的イメージングの分野で大きな応用可能性を秘めています。ただし、過去の実験報告では、グラフェンの3次非線形係数の統一されたビューを形成できませんでした。異なる実験結果でも、最大6桁の違いがあります。

Wushiweiらは、グラフェンの3次非線形応答が、複数の量子共鳴遷移の協調的競合によって形成される全体的な効果であることを認識し、グラフェン電界効果トランジスタデバイスを準備するためのイオンゲル技術の使用を提案しました。グラフェンのキャリア密度と化学ポテンシャルを大規模に制御することにより、関連する量子共鳴遷移チャネルを制御する方法。研究者は、グラフェンの化学ポテンシャルがその3次非線形光学応答に強く影響し、異なる3次非線形効果が化学ポテンシャルに完全に異なる依存性を持つことを発見しました。 3次高調波や添加剤4光波混合などの添加剤タイプの3次非線形効果の場合、化学ポテンシャルを調整して1光子および2光子共鳴チャネルを閉じると、3次非線形効果が大幅に向上します。 。対照的に、減算4光波混合周波数やGuangxuekeer効果など、減算タイプの3次非線形効果の場合、1光子チャネルと2光子チャネルで同じスイッチを使用すると3次非線形効果が発生します。強度は劇的に減少します。グラフェンの非線形光学係数の微小量子理論計算は、上記の結論をさらに裏付けます。 Wushiwei氏は次のように説明しています。「これらの異なる量子共鳴遷移間の干渉効果は、3人の僧侶のよく知られた話に似ています。低ドーピンググラフェンの場合、神殿には3人の僧侶A、B、Cがいます。 「グラフェン付加3次非線形効果」。3人の男性は、水を汲み上げるのに協力しないだけでなく、お互いを怠惰から押し出します。その結果、水はなくなります（3次非線形効果は非常に弱い）。ある日、僧侶Aが雲に出て（ドーピング濃度を上げるため）、3人の僧侶の間の行き詰まりが解消され、残りの2人の僧侶はまだお互いに不満を持っていましたが、それについて話すことができました。僧侶Bに運ぶように説得しました。水（3次非線形効果が強化された）;その後、僧侶Bも旅行に出かけ（ドーピング濃度をさらに上げる）、僧侶Cは静かで、彼だけが水を飲んだ（3次非線形効果はさらに強化されました）興味深いことに、3か月「グラフェン減算3次非線形効果」テンプルのnksD、E、およびFは、まったく異なる状況です。これらの3人は非常に感情的で、水を求めて競争します。そのため、水を飲みやすい（3次非線形効果が非常に強い）が、その後、Heshang DとEが徐々にエッジを下っていく（ドーピング濃度が高くなる）ため、保水力が低下する（3次）。非線形効果が弱まっています）。一言で言えば、グラフェンの3次非線形効果の量子共鳴遷移間に競合/協力メカニズムがあります。化学ポテンシャルが調整されると、競争や協力を支配する力がなくなり、最終的には研究結果の観察につながります。興味深い現象。 「」

研究チームは、グラフェンの非線形光学効果における遷移チャネル間の干渉の支配的な役割を明らかにし、世界の異なるグループ間の3次非線形光学係数の違いの原因を明らかにしました。化学ポテンシャルによってグラフェンの非線形光学効果を大規模に制御する方法も指摘されています。同時に、グラフェンの三次非線形光学効果に基づく最初の電子光学デバイスが準備されました。近年のグラフェンの大規模な低コストの成長と準備における大きな進歩を考慮して、この電気光学調節メカニズムは、グラフェン産業にハイエンドのアプリケーションを提供することが期待されています。

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