石墨烯可能是現已知的最非線性的光電材料。它在太赫茲頻率范圍內的非線性光學系數比其他材料高出許多數量級。在這里，我們展示了石墨烯的太赫茲非線性，無論是對于超短單周期和準單色多周期輸入太赫茲信號，都可以通過使用低至幾伏特的門控電壓有效地控制。例如，在太赫茲三次諧波產生的石墨烯中，最佳的門控能將功率轉換效率提高約兩個數量級。我們的實驗結果與石墨烯非線性的物理模型定量一致，描述了在與超快電場相互作用期間石墨烯電子群中保持的與時間相關的熱力學平衡。該研究結果可以為在超高頻石墨烯中高效電子信號處理的直接和準確的器件設計和應用提供基礎。
Fig. 1. 石墨烯太赫茲非線性費米能量的熱力學模型計算。
Fig. 2. 太赫茲實驗和門控石墨烯樣品的示意圖。
Fig. 3. 太赫茲場誘導的 SA 與 TPTP 光譜顯示的門控電壓的關系。
Fig. 4. 太赫茲 HHG 的選通依賴性。
Fig. 5. 熱力學模型計算。
相關研究成果于2021年由比勒費爾德大學Dmitry Turchinovich課題組，發表在Science Advances（http://advances.sciencemag.org/content/7/15/eabf9809）上。原文：Electrical tunability ofterahertz nonlinearity in graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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