石墨烯材料的太赫兹响应

Building on our previous work, we proposed to perform a seriers of experiments in THz region to study the special high field transport behavior of graphene and graphene based high speed electronic and optoelectronic devices approaching THz operation speed. Under this scheme, we proposed to study the following aspects: high harmonic generation and hot luminesence of graphene under the radiation of the high intensity THz field; the THz characterization of bandgap opening of chemical functionalized graphene and double gated CVD bilayer, exciton binding energy of graphene on different substrates; and investigation of the fundamental aspect of the relativistic nature of the Dirac Fermions in graphene by probing the THz emission of the Dirac Fermion current in epitaxial graphene..

本项目拟在申请人以往的实验工作的基础上，对石墨烯材料和器件在THz波段进行一系列系统的研究,旨在理解石墨烯电子学和光电子学器件在接近太赫兹的高速频率运行下特殊的强场输运行为。 以此为宗旨，本项目主要设计从以下几个方面研究石墨烯的强场太赫兹响应，包括石墨烯材料及器件在高强度THz辐射下的谐波发生和Hot Luminescence等非线性效应； 利用太赫兹表征官能化石墨烯和双栅极调控双层CVD石墨烯能隙的开启，同时验证理论上预言的不同基底上石墨烯激子束缚能的变化；同时我们还通过探测不同物理图像（如质动力）下外延石墨烯中载流子运动产生的太赫兹辐射来研究与石墨烯中狄拉克费米子的相对论属性相关的性质。

在本基金的资助下，我们按计划通过包括太赫兹谱在内的各种超快光谱方法对石墨烯及类石墨烯的二维材料体系的载流子动力学及超快响应开展了实验研究。四年来，研究进展很顺利，已完成了研究目标。主要研究成果以学术论文的形式发表, 共发表SCI收录论文9篇，其中高影响因子（IF>9）的文章6篇，包括Nano Letters 1篇，ACS Nano 3 篇， Advanced Materials 1 篇，2D Materials 1篇。到目前，这些论文已有相当多的他人引用，特别是1) 2013年12月发表关于单层二硫化钼中谷极化载流子的动力学的ACS Nano文章目前的google scholar的引用已经超过109次。2）因为相关研究做国际会议特邀报告5个，国内会议特邀报告8个。主要的研究成果有：. 1）、石墨烯垂直光探测器中的光电倍增响应，测量了石墨烯器件的响应效率及量子效率随激发波长的变化，通过实验测量光电响应过程中量子效率对波长的具有线性依赖关系，给出了石墨烯光电响应中光电倍增过程存在的直接证据 . 2）、使用太赫兹光谱研究二维材料中的激子动力学过程。 . 3）、使用泵浦探测光谱研究狄拉克费米子的动力学弛豫过程。. 4）、研究超快相干声子谱研究二维材料中相干声学声子的动力学过程以及使用偏振分辨的泵浦探测光谱研究能谷极化的动力学过程。 . 5）、研究黑磷在近太赫兹高频强场运行条件的各向异性的演化。