El efecto "Tres monjes" del grafeno

El profesor Wushiwei del Departamento de Física de la Universidad de Fudan se dio cuenta de la regulación eléctrica de los efectos no lineales de tercer orden en el grafeno y reveló su mecanismo. Los resultados de su investigación, "Regulación eléctrica de la respuesta óptica no lineal de tercer orden de Dirac Fermion de no calidad en grafeno", se publicaron en línea el 21 de mayo, hora de Londres, en "Natural Photonics". Liuweitao, profesor de Física de Fudan, es el coautor de este artículo, y Huangdi, estudiante de doctorado del grupo de asignaturas, es el coautor de este artículo.

El grafeno es un material en forma de panal que consta de una sola capa de átomos de carbono. Debido a su estructura de celosía y banda única, los portadores en el grafeno no tienen masa estacionaria, y la velocidad de movimiento es fija y solo puede cambiar de dirección. Su comportamiento sigue la ecuación relativista de la mecánica cuántica de Dirac y, por lo tanto, también se denominan fermiones de Dirac sin masa. Desde su descubrimiento, las propiedades especiales del grafeno y los numerosos fenómenos novedosos e interesantes que provoca han sido el foco de la investigación científica de vanguardia. El efecto no lineal del grafeno es una parte importante de él. Antes de esto, la comunidad científica ha notado los fuertes efectos no lineales de tercer orden del grafeno, lo que ha hecho que el grafeno tenga un gran potencial de aplicación en los campos de la micronano fotónica, la industria del láser, la comunicación óptica, la informática y la información cuántica, y la imagen biológica. Sin embargo, los informes experimentales anteriores no han logrado formar una visión unificada de los coeficientes no lineales de tercer orden del grafeno. Los diferentes resultados experimentales incluso tienen diferencias de hasta 6 órdenes de magnitud.

Wushiwei y otros se dieron cuenta de que la respuesta no lineal de tercer orden en el grafeno es el efecto general formado por la competencia colaborativa de múltiples transiciones de resonancia cuántica, y propusieron el uso de tecnología de gel de iones para preparar dispositivos de transistores de efecto de campo de grafeno. El método para controlar los canales de transición de resonancia cuántica relevantes controlando la densidad de portadores y el potencial químico en el grafeno a gran escala. Los investigadores encontraron que el potencial químico del grafeno afecta fuertemente su respuesta óptica no lineal de tercer orden, y que diferentes efectos no lineales de tercer orden tienen una dependencia completamente diferente del potencial químico. Para efectos no lineales de tercer orden de tipos aditivos, como armónicos de tercer orden y mezcla aditiva de cuatro ondas, cuando el potencial químico se ajusta para cerrar canales de resonancia de fotón único y de dos fotones, los efectos no lineales de tercer orden se mejorarán enormemente. . Por el contrario, para los efectos no lineales de tercer orden de los tipos de sustracción, como la frecuencia mixta de sustracción de cuatro ondas y el efecto Guangxuekeer, el mismo cambio en los canales de fotón único y de dos fotones provocará el efecto no lineal de tercer orden. La intensidad disminuye drásticamente. El cálculo teórico microcuántico de los coeficientes ópticos no lineales del grafeno respalda aún más las conclusiones anteriores. Wushiwei explicó: "El efecto de interferencia entre estas diferentes transiciones de resonancia cuántica es similar a la conocida historia de los Tres Monjes. En el caso del grafeno de bajo dopaje, hay tres monjes A, B y C en el templo del 'efecto no lineal de tercer orden de adición de grafeno'. Los tres hombres no solo no cooperan en la búsqueda de agua, sino que también se empujan entre sí por pereza. El resultado es que no hay agua (el efecto no lineal de tercer orden es muy débil); hasta que uno El día, el Monje A salió a las nubes (para aumentar la concentración de dopaje), el punto muerto entre los tres monjes se rompió, y los dos monjes restantes, aunque todavía insatisfechos entre sí, pudieron hablar de ello. Persuadió al monje B para que llevara agua (se mejoró el efecto no lineal de tercer orden); más tarde, el monje B también salió a viajar (aumentó aún más la concentración de dopaje), y el monje C estaba tranquilo, y solo él bebió agua (el efecto no lineal de tercer orden fue aún más mejorado). Curiosamente, los tres meses Los nks D, E y F en el templo "Efecto no lineal de tercer orden de sustracción de grafeno" son situaciones completamente diferentes. Estas tres personas son muy emocionales y compiten por el agua. Por lo tanto, es completamente fácil beber agua (el efecto no lineal de tercer orden es muy fuerte), pero luego Heshang D y E descendieron gradualmente por el borde (aumentando la concentración de dopaje), por lo que la capacidad de transporte de agua ha disminuido (el tercer orden efecto no lineal se ha debilitado). En pocas palabras, existe un mecanismo de competencia / cooperación entre las transiciones de resonancia cuántica de los efectos no lineales de tercer orden del grafeno. A medida que se regule el potencial químico, desaparecerán las fuerzas que dominan la competencia y la cooperación, lo que eventualmente conducirá a la observación de los resultados de la investigación. Fenómeno interesante. "

El equipo de investigación reveló el papel dominante de la interferencia entre los canales de transición en los efectos ópticos no lineales del grafeno y aclaró la fuente de las diferencias en los coeficientes ópticos no lineales de tercer orden entre diferentes grupos en el mundo. También se señala la forma de controlar los efectos ópticos no lineales del grafeno a gran escala por potencial químico. Al mismo tiempo, se ha preparado el primer dispositivo óptico electrónico basado en el efecto óptico no lineal de tercer orden del grafeno. En vista del gran avance en el crecimiento y la preparación de bajo costo a gran escala del grafeno en los últimos años, se espera que este mecanismo de regulación electroóptica proporcione una aplicación de alta gama para la industria del grafeno.

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