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具有分离门电抽运石墨烯中电子-空穴等离子体的冷却效应

张玉萍 刘陵玉 陈琦 冯志红 王俊龙 张晓 张洪艳 张会云

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具有分离门电抽运石墨烯中电子-空穴等离子体的冷却效应

张玉萍, 刘陵玉, 陈琦, 冯志红, 王俊龙, 张晓, 张洪艳, 张会云

Effect of cooling of electron-hole plasma in electrically pumped graphene layer structures with split gates

Zhang Yu-Ping, Liu Ling-Yu, Chen Qi, Feng Zhi-Hong, Wang Jun-Long, Zhang Xiao, Zhang Hong-Yan, Zhang Hui-Yun
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  • 本文研究了室温条件下具有分离门的电诱导石墨烯n-i-p结构中, 与电子和空穴注入有关的粒子数反转效应. 考虑n区横向电场的屏栅效应, 计算了电子-空穴的有效温度与门电压以及光声子的有效温度与门电压的关系, 结果表明注入可以导致n区中电子-空穴等离子体显著冷却, 直至低于晶格温度; 计算了电流-电压特性以及与频率有关的动态电导率, 在一定的电压下, 动态电导率在太赫兹频段可以为负值. 研究表明电子-空穴等离子体冷却能够加强负动态电导率效应, 提高实现太赫兹激射的可行性.
    We have studied the effect of population inversion associated with the electron and hole injection in graphene layer n-i-p structures with split gates at room temperature. Considering the transverse electric field screening of the n-section, we calculated the dependence of the electron-hole effective temperature and optical phonon effective temperature on the gate-voltage. It is shown that the injection can lead to cooling of the electron-hole plasma in n-section to the temperatures lower than the lattice temperature. The current-voltage characteristics, and the frequency-dependent dynamic conductivity are calculated, the frequency-dependent dynamic conductivity can be negative in the terahertz frequency range at a certain applied voltage. The study demonstrates that electron-hole plasma cooling can enhance the negative dynamic conductivity effect and improve the feasibility of terahertz lasing.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61001018)、山东省自然科学基金(批准号:ZR2011FM009,ZR2012FM011)、山东科技大学杰出青年科学基金(批准号:2010KYJQ103)、山东省高等学校科技计划项目(批准号:J11LG20)、青岛市科技计划项目(批准号:11-2-4-4-(8)-jch,10-3-4-2-1-jch)和山东科技大学科技创新基金(批准号:YCA120378)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61001018), the Natural Science Foundation of Shandong Province, China (Grant Nos. ZR2011FM009, ZR2012FM011), the Research Fund of Shandong University of Science and Technology (SDUST), China (Grant No. 2010KYJQ103), the project of Shandong Province Higher Educational Science and Technology Program (Grant No. J11LG20), the Qingdao Science & Technology Project, China (Grant Nos. 11-2-4-4-(8)-jch, 10-3-4-2-1-jch), and the Shandong University of Science and Technology Foundation, China (Grant No. YCA120378).
    [1]

    Han P Y, Liu W, Xie Y H, Zhang X C 2009 Physics 38 06 (in Chinese) [韩鹏昱, 刘伟, 谢亚红, 张希成 2009 物理 38 06]

    [2]

    Castro Neto A H, Guinea F, Peres N M R, Novoselov K S, Geim A K 2009 Rev. Mod. Phys. 81 109

    [3]

    Sprinkle M, Suegel D, Hu Y, Hicks J, Tejeda A, Taleb-Ibrahimi A, Le Fèvre P, Bertran F, Vizzini S, Enriquez H, Chiang S, Soukiassian P, Berger C, de Heer W A, Lanzara A, Conrad E H 2009 Phys. Rev. Lett. 103 226803

    [4]

    Orlita M, Potemski M 2010 Semicond. Sci. Technol. 25 063001

    [5]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Otsuji T 2007 J. Appl. Phys. 101 083114

    [6]

    Dubinov A A, Aleshkin V Ya, Mitin V, Otsuji T, Ryzhii V 2011 J. Phys.: Condens. Matter 23 145302

    [7]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Satou A, Otsuji T, Dubinov A A, Aleshkin V Ya 2009 J. Appl. Phys. 106 084507

    [8]

    Ryzhii V, Dubinov A A, Otsuji T, Mitin V, Shur M S 2010 J. Appl. Phys. 107 054505

    [9]

    Ryzhii M, Ryzhii V 2007 Jpn. J. Appl. Phys. 46 L151

    [10]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Mitin V, Otsuji T 2011 J. Appl. Phys. 110 094503

    [11]

    Ryzhii M, Ryzhii V, Otsuji T, Mitin V, Shur M S 2010 Phys. Rev. B 82 075419

    [12]

    Zhang Y P, Zhang H Y, Yin Y H, Liu L Y, Zhang X, Gao Y, Zhang H Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 047803 (in Chinese) [张玉萍, 张洪艳, 尹怡恒, 刘陵玉, 张晓, 高营, 张会云 2012 物理学报 61 047803]

    [13]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Mitin V, Satou A, Otsuj T 2011 Jpn. J. Appl. Phys. 50 094001

    [14]

    Rana F, George P A, Strait J H, Shivaraman S, Chanrashekhar M, Spencer M G 2009 Phys. Rev. B 79 115447

    [15]

    Wang H, Strait J H, George P A, Shivaraman S, Shields V D, Chandrashekhar M, Hwang J, Rana F, Spencer M G, Ruiz-Vargas C S, Park J 2010 Appl. Phys. Lett. 96 081917

    [16]

    Auer C, Schurer F, Ertler C 2006 Phys. Rev. B 74 165409

    [17]

    Pennigton G, Kilpatrick S J, Wickenden A E 2008 Appl. Phys. Lett. 93 093110

    [18]

    George P A, Strait J, Dawlaty J, Shivaraman S, Chandrashekhar M, Rana F, Spencer M G 2008 Nano Lett. 8 4248

    [19]

    Kim R, Perebeinos V, Avouris P 2011 Phys. Rev. B 84 075449

    [20]

    Falkovsky L A 2007 Phys. Rev. B 75 033409

  • [1]

    Han P Y, Liu W, Xie Y H, Zhang X C 2009 Physics 38 06 (in Chinese) [韩鹏昱, 刘伟, 谢亚红, 张希成 2009 物理 38 06]

    [2]

    Castro Neto A H, Guinea F, Peres N M R, Novoselov K S, Geim A K 2009 Rev. Mod. Phys. 81 109

    [3]

    Sprinkle M, Suegel D, Hu Y, Hicks J, Tejeda A, Taleb-Ibrahimi A, Le Fèvre P, Bertran F, Vizzini S, Enriquez H, Chiang S, Soukiassian P, Berger C, de Heer W A, Lanzara A, Conrad E H 2009 Phys. Rev. Lett. 103 226803

    [4]

    Orlita M, Potemski M 2010 Semicond. Sci. Technol. 25 063001

    [5]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Otsuji T 2007 J. Appl. Phys. 101 083114

    [6]

    Dubinov A A, Aleshkin V Ya, Mitin V, Otsuji T, Ryzhii V 2011 J. Phys.: Condens. Matter 23 145302

    [7]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Satou A, Otsuji T, Dubinov A A, Aleshkin V Ya 2009 J. Appl. Phys. 106 084507

    [8]

    Ryzhii V, Dubinov A A, Otsuji T, Mitin V, Shur M S 2010 J. Appl. Phys. 107 054505

    [9]

    Ryzhii M, Ryzhii V 2007 Jpn. J. Appl. Phys. 46 L151

    [10]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Mitin V, Otsuji T 2011 J. Appl. Phys. 110 094503

    [11]

    Ryzhii M, Ryzhii V, Otsuji T, Mitin V, Shur M S 2010 Phys. Rev. B 82 075419

    [12]

    Zhang Y P, Zhang H Y, Yin Y H, Liu L Y, Zhang X, Gao Y, Zhang H Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 047803 (in Chinese) [张玉萍, 张洪艳, 尹怡恒, 刘陵玉, 张晓, 高营, 张会云 2012 物理学报 61 047803]

    [13]

    Ryzhii V, Ryzhii M, Mitin V, Satou A, Otsuj T 2011 Jpn. J. Appl. Phys. 50 094001

    [14]

    Rana F, George P A, Strait J H, Shivaraman S, Chanrashekhar M, Spencer M G 2009 Phys. Rev. B 79 115447

    [15]

    Wang H, Strait J H, George P A, Shivaraman S, Shields V D, Chandrashekhar M, Hwang J, Rana F, Spencer M G, Ruiz-Vargas C S, Park J 2010 Appl. Phys. Lett. 96 081917

    [16]

    Auer C, Schurer F, Ertler C 2006 Phys. Rev. B 74 165409

    [17]

    Pennigton G, Kilpatrick S J, Wickenden A E 2008 Appl. Phys. Lett. 93 093110

    [18]

    George P A, Strait J, Dawlaty J, Shivaraman S, Chandrashekhar M, Rana F, Spencer M G 2008 Nano Lett. 8 4248

    [19]

    Kim R, Perebeinos V, Avouris P 2011 Phys. Rev. B 84 075449

    [20]

    Falkovsky L A 2007 Phys. Rev. B 75 033409

  • [1] 徐翔, 张莹, 闫庆, 刘晶晶, 王骏, 徐新龙, 华灯鑫. 不同堆垛结构二硫化铼/石墨烯异质结的光电化学特性. 物理学报, 2021, 70(9): 098203. doi: 10.7498/aps.70.20201904
    [2] 张娜, 刘波, 林黎蔚. He离子辐照对石墨烯微观结构及电学性能的影响. 物理学报, 2020, 69(1): 016101. doi: 10.7498/aps.69.20191344
    [3] 王晓, 黄生祥, 罗衡, 邓联文, 吴昊, 徐运超, 贺君, 贺龙辉. 镍层间掺杂多层石墨烯的电子结构及光吸收特性研究. 物理学报, 2019, 68(18): 187301. doi: 10.7498/aps.68.20190523
    [4] 陈浩, 张晓霞, 王鸿, 姬月华. 基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究. 物理学报, 2018, 67(11): 118101. doi: 10.7498/aps.67.20180196
    [5] 白清顺, 沈荣琦, 何欣, 刘顺, 张飞虎, 郭永博. 纳米微结构表面与石墨烯薄膜的界面黏附特性研究. 物理学报, 2018, 67(3): 030201. doi: 10.7498/aps.67.20172153
    [6] 闫昕, 梁兰菊, 张璋, 杨茂生, 韦德泉, 王猛, 李院平, 吕依颖, 张兴坊, 丁欣, 姚建铨. 基于石墨烯编码超构材料的太赫兹波束多功能动态调控. 物理学报, 2018, 67(11): 118102. doi: 10.7498/aps.67.20180125
    [7] 李小兵, 陆卫兵, 刘震国, 陈昊. 基于可调石墨烯超表面的宽角度动态波束控制. 物理学报, 2018, 67(18): 184101. doi: 10.7498/aps.67.20180592
    [8] 张慧珍, 李金涛, 吕文刚, 杨海方, 唐成春, 顾长志, 李俊杰. 石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究. 物理学报, 2017, 66(21): 217301. doi: 10.7498/aps.66.217301
    [9] 谷季唯, 王锦程, 王志军, 李俊杰, 郭灿, 唐赛. 不同衬底条件下石墨烯结构形核过程的晶体相场法研究. 物理学报, 2017, 66(21): 216101. doi: 10.7498/aps.66.216101
    [10] 任晓霞, 申凤娟, 林歆悠, 郑瑞伦. 石墨烯低温热膨胀和声子弛豫时间随温度的变化规律. 物理学报, 2017, 66(22): 224701. doi: 10.7498/aps.66.224701
    [11] 禹忠, 党忠, 柯熙政, 崔真. N/B掺杂石墨烯的光学与电学性质. 物理学报, 2016, 65(24): 248103. doi: 10.7498/aps.65.248103
    [12] 邓新华, 刘江涛, 袁吉仁, 王同标. 全新的电导率特征矩阵方法及其在石墨烯THz频率光学特性上的应用. 物理学报, 2015, 64(5): 057801. doi: 10.7498/aps.64.057801
    [13] 叶鹏飞, 陈海涛, 卜良民, 张堃, 韩玖荣. SnO2量子点/石墨烯复合结构的合成及其光催化性能研究. 物理学报, 2015, 64(7): 078102. doi: 10.7498/aps.64.078102
    [14] 杨光敏, 徐强, 李冰, 张汉壮, 贺小光. 不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究. 物理学报, 2015, 64(12): 127301. doi: 10.7498/aps.64.127301
    [15] 金芹, 董海明, 韩奎, 王雪峰. 石墨烯超快动态光学性质. 物理学报, 2015, 64(23): 237801. doi: 10.7498/aps.64.237801
    [16] 娄利飞, 潘青彪, 吴志华. 基于石墨烯用于微弱能量获取的柔性微结构研究. 物理学报, 2014, 63(15): 158501. doi: 10.7498/aps.63.158501
    [17] 张保磊, 王家序, 肖科, 李俊阳. 石墨烯-纳米探针相互作用有限元准静态计算. 物理学报, 2014, 63(15): 154601. doi: 10.7498/aps.63.154601
    [18] 邓伟胤, 朱瑞, 邓文基. 有限尺寸石墨烯的电子态. 物理学报, 2013, 62(8): 087301. doi: 10.7498/aps.62.087301
    [19] 康朝阳, 唐军, 李利民, 潘海斌, 闫文盛, 徐彭寿, 韦世强, 陈秀芳, 徐现刚. 不同极性6H-SiC表面石墨烯的制备及其电子结构的研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047302. doi: 10.7498/aps.60.047302
    [20] 潘洪哲, 徐明, 陈丽, 孙媛媛, 王永龙. 单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性. 物理学报, 2010, 59(9): 6443-6449. doi: 10.7498/aps.59.6443
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-13
  • 修回日期:  2013-02-25
  • 刊出日期:  2013-05-05

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