Образец для цитирования:

Машинский К. В., Фатеев Д. В., Попов В. В. Детектирование терагерцового излучения в графеновой структуре в условиях сильной пространственной неоднородности электрического поля плазмона // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2019. Т. 19, вып. 2. С. 140-145. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2019-19-2-140-145


УДК: 
621.315.592
Язык публикации: 
русский

Детектирование терагерцового излучения в графеновой структуре в условиях сильной пространственной неоднородности электрического поля плазмона

Аннотация

Теоретически исследовано детектирование терагерцового излучения в пространственно-периодической структуре с пространственно-неоднородным графеном. Для создания пространственной асимметрии и неоднородности графен в каждой элементарной ячейке экранирован двумя металлическими электродами разной ширины и однородным экраном снизу. За счет приложения постоянных электрических напряжений между различными затворными электродами и графеном в элементарной ячейке периодического графена создаются области с электронной и дырочной проводимостями. Решены электродинамическая задача о возбуждении плазмонов в графеновой структуре падающей терагерцовой волной, электростатическая задача о вычислении концентрации носителей в графене в зависимости от установленных напряжений на различных затворах и нелинейная гидродинамическая задача динамики носителей заряда о вычислении выпрямленного тока, индуцированного плазменной волной, в пространственно-периодическом графене. В такой графеновой системе доминирующим механизмом детектирования терагерцового излучения является эффект плазмонного электронно-дырочного храповика. Обнаружено, что выпрямленный ток за счет эффекта плазмонного электронно-дырочного храповика растет с увеличением пространственной неоднородности электрического поля плазмона в графене.

Литература

1. Alonso-González P., Nikitin A. Y., Gao Y., Woessner A., Lundeberg M. B., Principi A., Forcellini N., Yan W., Vélez S., Huber A. J., Watanabe K., Taniguchi T., Casanova F., Hueso L. E. Acoustic terahertz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy // Nature Nanotechnology. 2017. Vol. 12. P. 31–36. DOI: https://doi.org/10.1038/NNANO.2016.185

2. Williams J. R., DiCarlo L., Marcus C. M. Quantum hall effect in a gate-controlled p-n junction of graphene // Science. 2007. Vol. 317. P. 638–641. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1144657

3. Lohmann T., von Klitzing K., Smet J. H. Four-terminal magneto-transport in graphene p-n junctions created by spatially selective doping // Nano Letters. 2009. Vol. 9. P. 1973–1979. DOI: https://doi.org/10.1021/nl900203n

4. Koppens F. H. L., Mueller T., Avouris P., Ferrari A. C., Vitiello M. S., Polini M. Photodetectors based on graphene, other two-dimensional materials and hybrid systems // Nature Nanotechnology. 2014. Vol. 9. P. 780–793. DOI: https://doi.org/10.1038/NNANO.2014.215

5. Freitag M., Low T., Avouris Ph. Increased responsivity of suspended graphene photodetectors // Nano Letters. 2013. Vol. 13. P. 1644–1649. DOI: https://doi.org/10.1021/nl4001037

6. Fateev D. V., Mashinsky K. V., Popov V. V. Terahertz plasmonic rectifi cation in a spatially periodic graphene // Applied Physics Letters. 2017. Vol. 110. P. 061106. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4975829

7. Машинский К. В., Фатеев Д. В., Попов В. В. Плазмонное детектирование терагерцового излучения в графеновой структуре с двойным решеточным затвором // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2015. Т. 15, вып. 4. С. 10–12. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2015-15-4-10-12

8. Tomadin A., Polini M. Theory of the plasma-wave photoresponse of a gated graphene sheet // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 88. P. 205426. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.205426

9. Полищук O. В., Фатеев Д. В., Попов В. В. Усиление терагерцового излучения в плазмонной n-i-p-i- структуре на основе графена с инжекцией носителей заряда // Физика и техника полупроводников. 2017. T. 51, вып. 11. С. 1514–1519. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2017.11.45102.16

10. Falkovsky L. A., Varlamov A. A. Space-time dispersion of graphene conductivity // The European Physical Journal B. 2007. Vol. 56, iss. 4. P. 281–284. DOI: https://doi.org/10.1140/epjb/e2007-00142-3

11. Liu M.-H. Theory of carrier density in multigated doped graphene sheets with quantum correction // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 87. P. 125427. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.125427

12. Olbrich P., Kamann J., Konig M., Munzert J., Tutsch L., Eroms J., Weiss D., Liu M.-H., Golub L. E., Ivchenko E. L., Popov V. V., Fateev D. V., Mashinsky K. V., Fromm F., Seyller T., Ganichev S. D. Terahertz ratchet effects in graphene with a lateral superlattice // Phys. Rev. B. 2016. Vol. 93. P. 075422. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.075422

13. Popov V. V. Terahertz rectifi cation by periodic two-dimensional electron plasma // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 102. P. 253504. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4811706

Полный текст в формате PDF (на русском языке):