由于無間隙Dirac電子能帶結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料中不存在的弛豫途徑，因此石墨烯中的載流子激發(fā)和衰減過程具有廣泛的意義。在這里，該文報(bào)道了以前未被觀察到的衰變途徑（熱等離子體激元發(fā)射）導(dǎo)致了石墨烯中費(fèi)米能級(jí)依賴的中紅外發(fā)射。通過實(shí)驗(yàn)觀察了費(fèi)米能級(jí)依賴輻射的非熱貢獻(xiàn)，即通過超快光學(xué)激發(fā)實(shí)現(xiàn)的石墨烯光轉(zhuǎn)化了載流子分布產(chǎn)生熱等離子體發(fā)射的實(shí)驗(yàn)證明。計(jì)算結(jié)果表明，在中紅外光譜范圍內(nèi)，所報(bào)道的等離激元發(fā)射過程可能比普朗克發(fā)射機(jī)制亮幾個(gè)數(shù)量級(jí)。使用金納米盤促進(jìn)散射和局部等離激元激發(fā)以及與偏振有關(guān)的激發(fā)測量，都為明亮的熱等離激元發(fā)射提供了進(jìn)一步的證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)為未來超快超亮石墨烯發(fā)射過程和中紅外光源應(yīng)用的研究奠定了基礎(chǔ)。
Fig. 1 石墨烯中的載流子弛豫過程和實(shí)驗(yàn)配置。
Fig. 2 平面石墨烯中費(fèi)米能級(jí)的發(fā)射光譜。
Fig. 3 非平衡石墨烯等離子體激元色散和自發(fā)等離子體激元發(fā)射光譜。
Fig. 4 石墨烯納米帶陣列的費(fèi)米能級(jí)相關(guān)發(fā)射光譜。
Fig. 5 石墨烯上的金納米鍵增強(qiáng)亮熱等離子體的發(fā)射效率。
相關(guān)研究成果于2021年由美國加州理工學(xué)院Harry A. Atwater課題組，發(fā)表在Nature Materials（https://doi.org/10.1038/s41563-021-00935-2）上。原文：Mid-infrared radiative emission from bright hot plasmons in graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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