《石墨烯中激子-極化激元的理論研究》是依託南昌大學，由劉江濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯中激子-極化激元的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉江濤
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自2004年Geim小組成功製備出單層石墨烯以來，這種理想的二維量子體系已成為當今凝聚態物理研究中的熱點之一。石墨烯是一種零帶隙半導體，具有一些奇異的電子特性，如為零的有效質量、極高的遷移率、高達幾十個meV的激子束縛能。此外研究表明，較低的無序可以增強電子的輸運。這樣，石墨烯中的激子-極化激元也將具有更小的有效質量、更高的遷移率、更高的玻色-愛因斯坦凝聚轉變溫度，且可降低無序對極化激元輸運的影響，是研究激子-極化激元的理想材料，但是石墨烯中激子-極化激元的研究目前在國際上尚未見報導。本計畫擬重點研究石墨烯中激子-極化激元的基本性質和相關套用，主要研究內容包括石墨烯中的激子效應、激子與光場的相互耦合、極化激元的色散關係和輸運性質，以及其在玻色-愛因斯坦凝聚和量子信息中的套用。這些研究不僅可以豐富石墨烯和極化激元的物理內涵，而且能夠為新型的量子器件設計提供物理基礎。
結題摘要
在本項目的執行期內，主要研究了石墨烯中電子與光子的相互作用、石墨烯中光子綴飾態對電子輸運的影響及其探測。獲得的主要研究成果有：(1).通過類比石墨烯中電子的Dirac方程和介質中的Maxwell方程，首次創新性地發展了傳統光學中常用的FDTD方法，並將其用來求解石墨烯中電子的含時輸運過程。研究發現，在強光場下，由於光子和石墨烯中激子的相互耦合，破壞了石墨烯中電子的手征對稱性，從而抑制了石墨烯場效應管中的完美手征隧穿，由此可以實現光控的電子場效應管。得益於超快雷射技術，這種場效應管具有亞ps的回響速度。此外，由於光子能量和電子的躍遷能存在一定的失諧，這個過程是一個虛過程，沒有光子的吸收，從而具有極小的功耗。(2). 研究了光場對石墨烯中電子輸運時間的影響。研究結果表明，由於光場的存在，使得勢壘中存儲的粒子從勢壘中流出，從而出現額外的泄漏電流，這種泄漏電流將使得傳統量子隧穿過程中的Hartman效應消失。而由於零點能的存在，實際輸運過程中總是伴隨著電磁場，Hartman效應將不會出現。(3). 研究了石墨烯位於光子晶體表面時光子晶體的表面局域化效應對石墨烯光吸收的影響。研究結果表明石墨烯的光學吸收可被增強5-8倍。此研究有利於製作基於石墨烯的光電探測器或者減小光控場效應管的閾值光強。(4). 為了方便檢測超快石墨烯場效應管（~THz）中的超快電流，並驗證我們前面理論預測的結果。我們提出了一種全新的電流光學探測方法——單雙光子干涉吸收譜。通過利用單雙光子干涉躍遷在k空間的不對稱性，可以直接測得電流、自旋流在k空間的分布情況。得益於超快雷射技術的發展，這種光譜具亞ps的時間分辨能力。(5). 研究了強磁場下磁激子的光子綴飾態。研究發現這種磁激子-極化激元可以轉化為暗激子並具有較長的弛豫時間，從而有可能提高BEC的轉變溫度。項目組成員在此項目資助下已經發表了16篇SCI收錄的學術論文，其中6篇發表在NJP、OE、APL、EPL等國際物理權威期刊上，另有4篇文章發表在影響因子大於2的期刊上。
