Der "Drei Mönche" -Effekt von Graphen

Professor Wushiwei vom Institut für Physik der Fudan-Universität erkannte die elektrische Regulation nichtlinearer Effekte dritter Ordnung in Graphen und enthüllte deren Mechanismus. Ihre Forschungsergebnisse "Elektrische Regulation der nichtlinearen optischen Reaktion dritter Ordnung von Dirac-Fermionen dritter Ordnung in Graphen" wurden am 21. Mai in London online in "Natural Photonics" veröffentlicht. Liuweitao, Professor für Fudan-Physik, ist Mitautor dieses Artikels, und Huangdi, Doktorand der Fachgruppe, ist Mitautor dieses Artikels.

Graphen ist ein Wabenmaterial, das nur aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Aufgrund ihrer einzigartigen Gitter- und Bandstruktur haben die Träger in Graphen keine stationäre Masse, und die Bewegungsgeschwindigkeit ist fest und kann nur die Richtung ändern. Ihr Verhalten folgt Diracs relativistischer quantenmechanischer Gleichung und wird daher auch als masselose Dirac-Fermionen bezeichnet. Seit seiner Entdeckung standen die besonderen Eigenschaften von Graphen und die vielen neuartigen und interessanten Phänomene, die es verursacht, im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Grenzforschung. Der nichtlineare Effekt von Graphen ist ein wichtiger Teil davon. Zuvor hat die wissenschaftliche Gemeinschaft die starken nichtlinearen Effekte dritter Ordnung von Graphen bemerkt, wodurch Graphen ein großes Anwendungspotential in den Bereichen Mikronano-Photonik, Laserindustrie, optische Kommunikation, Quanteninformation und -verarbeitung sowie biologische Bildgebung hat. Frühere experimentelle Berichte haben es jedoch nicht geschafft, eine einheitliche Ansicht der nichtlinearen Koeffizienten dritter Ordnung von Graphen zu erhalten. Unterschiedliche experimentelle Ergebnisse weisen sogar Unterschiede von bis zu 6 Größenordnungen auf.

Wushiwei und andere erkannten, dass die nichtlineare Antwort dritter Ordnung in Graphen der Gesamteffekt ist, der durch die kollaborative Konkurrenz mehrerer Quantenresonanzübergänge entsteht, und schlugen die Verwendung der Ionengel-Technologie zur Herstellung von Graphen-Feldeffekttransistorvorrichtungen vor. Das Verfahren zur Steuerung der relevanten Quantenresonanzübergangskanäle durch Steuerung der Trägerdichte und des chemischen Potentials in Graphen in großem Maßstab. Die Forscher fanden heraus, dass das chemische Potential in Graphen die nichtlineare optische Reaktion dritter Ordnung stark beeinflusst und dass verschiedene nichtlineare Effekte dritter Ordnung eine völlig unterschiedliche Abhängigkeit vom chemischen Potential haben. Bei nichtlinearen Effekten dritter Ordnung additiver Typen, wie z. B. harmonischer und additiver Vierwellenmischung dritter Ordnung, werden die nichtlinearen Effekte dritter Ordnung erheblich verstärkt, wenn das chemische Potential so eingestellt wird, dass Einzelphotonen- und Zweiphotonenresonanzkanäle geschlossen werden . Im Gegensatz dazu bewirkt für die nichtlinearen Effekte dritter Ordnung von Subtraktionstypen, wie die Subtraktions-Vierwellen-Mischfrequenz und den Guangxuekeer-Effekt, der gleiche Schalter auf Einzelphotonen- und Zwei-Photonen-Kanälen den nichtlinearen Effekt dritter Ordnung. Die Intensität nimmt dramatisch ab. Die mikroquantentheoretische Berechnung der nichtlinearen optischen Koeffizienten von Graphen stützt ferner die obigen Schlussfolgerungen. Wushiwei erklärte: "Der Interferenzeffekt zwischen diesen verschiedenen Quantenresonanzübergängen ähnelt der bekannten Geschichte der drei Mönche. Im Fall von Graphen mit geringer Dotierung befinden sich drei Mönche A, B und C im Tempel des Die drei Männer kooperieren nicht nur nicht, um Wasser zu holen, sondern drücken sich auch gegenseitig aus der Faulheit. Das Ergebnis ist kein Wasser (der nichtlineare Effekt dritter Ordnung ist sehr schwach) Tag, Mönch A ging in die Wolken (um die Dopingkonzentration zu erhöhen), die Pattsituation zwischen den drei Mönchen wurde gebrochen, und die verbleibenden zwei Mönche, obwohl immer noch unzufrieden miteinander, konnten darüber sprechen. Überredete den Mönch B zu tragen Wasser (der nichtlineare Effekt dritter Ordnung wurde verstärkt), später ging auch der Mönch B auf Reisen (weitere Erhöhung der Dotierungskonzentration), und der Mönch C war ruhig und er allein trank Wasser (der nichtlineare Effekt dritter Ordnung war weiter verbessert). Interessanterweise sind die drei mo nks D, E und F im Tempel "Graphene Subtraction Third Order Nonlinear Effect" sind völlig unterschiedliche Situationen. Diese drei Menschen sind sehr emotional und konkurrieren um Wasser. Daher ist es völlig einfach, Wasser zu trinken (der nichtlineare Effekt dritter Ordnung ist sehr stark), aber später sanken Heshang D und E allmählich über den Rand (Erhöhung der Dotierungskonzentration), so dass die Wassertragfähigkeit abgenommen hat (dritter Ordnung) nichtlinearer Effekt hat sich abgeschwächt). Kurz gesagt, es gibt einen Konkurrenz- / Kooperationsmechanismus zwischen den Quantenresonanzübergängen von nichtlinearen Graphen-Effekten dritter Ordnung. Wenn das chemische Potenzial reguliert wird, verschwinden die Kräfte, die den Wettbewerb und die Zusammenarbeit dominieren, was schließlich zur Beobachtung der Forschungsergebnisse führt. Interessantes Phänomen. ""

Das Forscherteam enthüllte die dominante Rolle der Interferenz zwischen Übergangskanälen bei den nichtlinearen optischen Effekten von Graphen und klärte die Ursache für Unterschiede bei den nichtlinearen optischen Koeffizienten dritter Ordnung zwischen verschiedenen Gruppen auf der Welt auf. Es wird auch auf die Möglichkeit hingewiesen, nichtlineare optische Grapheneffekte in großem Maßstab durch chemisches Potential zu steuern. Gleichzeitig wurde die erste elektronische optische Vorrichtung hergestellt, die auf dem nichtlinearen optischen Effekt von Graphen dritter Ordnung basiert. Angesichts des großen Durchbruchs beim kostengünstigen Wachstum und der kostengünstigen Herstellung von Graphen in den letzten Jahren wird erwartet, dass dieser elektrooptische Regulationsmechanismus eine High-End-Anwendung für die Graphenindustrie darstellt.

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