石墨烯太赫兹振荡器及其非线性动力学特性研究

Terahertz (THz) technology has a significant application in many domains such as basic research, industrial application, biology, medicine, military affairs and so on. The key to the applications of THz technology is to investigate tunable THz oscillator with good performance. In this project we focus on the theoretical studies of tunable THz graphene oscillator. Aiming at the scientific problems that how electric field domains form and how THz graphene oscillator works, we break through the approximations of phenomenological rate equations and develop the hydrodynamic balance equations for THz graphene oscillator. We give the physical pictures that how the electric field domains form and transmit and which factors have influences on the current oscillations in THz graphene oscillator. We explain the THz effects in graphene oscillator such as photons, phonons and plasma resonance and so on. By investigating the interaction between graphene oscillator and THz radiation field, we explore the absorption and transmission laws of THz wave in graphene material. The investigations in this project can guide the device design of THz graphene oscillator.

太赫兹（THz）技术在基础研究、工业应用、生物医学以及军事等领域有着重要的应用前景。研究性能良好的可调谐THz振荡器是THz技术应用的关键。本项目主要从理论上研究基于石墨烯的可调谐THz振荡器。针对石墨烯THz振荡器的电场畴的成因和工作模式等科学问题，突破唯象率方程近似，发展石墨烯THz振荡器的流体动力学模拟方法；给出石墨烯THz振荡器中时空电场畴的形成、传播以及电流振荡模式的物理图像；解释石墨烯中光子、声子及等离子共振等THz效应；揭示石墨烯THz振荡器与THz辐射场的相互作用规律；探索THz电磁波在石墨烯中吸收、透射等传播规律。本项目的研究可应用于指导实际的石墨烯THz振荡器的研制。

太赫兹（THz）技术在基础研究、工业应用、生物医学以及军事等领域有着重要的应用前景。研究性能良好的可调谐THz振荡器是THz技术应用的关键。本项目主要从理论上研究基于石墨烯的可调谐THz振荡器。针对石墨烯THz振荡器的电场畴的成因和工作模式等科学问题，突破唯象率方程近似，发展石墨烯THz振荡器的流体动力学模拟方法；给出石墨烯THz振荡器中时空电场畴的形成、传播以及电流振荡模式的物理图像；解释石墨烯中光子、声子及等离子共振等THz效应；揭示石墨烯THz振荡器与THz辐射场的相互作用规律；探索THz电磁波在石墨烯中吸收、透射等传播规律。本项目的研究可应用于指导实际的石墨烯THz振荡器的研制。太赫兹 (Terahertz，THz)技术在基础研究、工业应用、生物学、医学以及军事等领域有着重要的应用前景。近年来，随着新型材料及THz器件的研制成功，THz技术得到了飞速的发展。作为THz技术研究领域的关键性问题，研制出大功率、高效率且能在室温下工作、带宽可调的THz辐射源一直是各国科学家们关注的重点。发展基于石墨烯的半导体光电子器件是目前半导体物理与器件领域的研究热点之一。本项目主要研究了具有负微分电导的石墨烯器件（如n+nn+二极管等）的THz振荡器物理以及非线性动力学特性，发展石墨烯THz振荡器的流体动力学器件模拟方法。在微观流体动力学器件模型框架内，从石墨烯的能带结构和微观散射机制出发，从微观角度考虑动量和能量的输运，把电子输运问题与光学非线性问题统一起来研究，精确地模拟石墨烯THz振荡器的光电特性。重点研究了电流自振荡行为与外加偏压、器件长度和掺杂浓度的依赖关系。n+nn+石墨烯二极管在直流偏置下会产生自维持电流振荡，处于外加振荡信号下的自振荡系统代表了一类很重要的非线性动力学系统。采用流体动力学器件模拟方法研究器件的自振荡行为与所加偏压、掺杂浓度以及晶格温度的关系。通过不同的混沌表征手段，例如相图、庞加莱分支图、功率谱和首次返回图等，研究了周期态和混沌态之间的转变。本项目的研究可应用于指导实际的石墨烯THz振荡器的研制，发展基于石墨烯的半导体光电子器件。