Статья имеет ранний доступ!
Анизотропия и усиление терагерцевого электромагнитного отклика, вызванные протеканием постоянного электрического тока в графене
Цель настоящей работы — исследовать преобразование поляризации и усиление электромагнитной терагерцевой (ТГц) волны, нормально падающей на графен с постоянным электрическим током, направленным под произвольным углом относительно вектора электрического поля падающей волны.
Методы. Выражения для элементов тензора динамической проводимости графена получены с использованием гидродинамического приближения. Для расчета электромагнитного отклика были решены уравнения Максвелла со стандартными граничными условиями для тангенциальных компонент электрических и магнитных полей.
Результаты. Показано, что динамическая проводимость графена зависит от скорости и направления электронного дрейфа даже при отсутствии простран\ственной дисперсии. Это приводит к преобразованию поляризации электромагнитного излучения на ТГц-частотах. Действительные части элементов тензора динамической проводимости графена с электронным дрейфом могут стать отрицательными, что приводит к усилению ТГц-колебаний.
Заключение. Показана возможность преобразования поляризации и усиления электромагнитной ТГц-волны, падающей на графен с постоянным электрическим током. Эффективность преобразования поляризации может достигать 97 процентов.
- Bandurin D. A., Svintsov D., Gayduchenko I., Xu S. G., Principi A., Moskotin M., Tretyakov I., Yagodkin D., Zhukov S., Taniguchi T., Watanabe K., Grigorieva I. V., Polini M., Goltsman G. N., Geim A. K., Fedorov G. Resonant terahertz detection using graphene plasmons // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. P. 5392. DOI: 10.1038/s41467-018-07848-w.
- Abidi E., Khan A., Delgado-Notario J. A., Clerico V., Calvo-Gallego J, Taniguchi T., Watanabe K., Otsuji T., Velazquez J. E., Meziani Y. M. Terahertz detection by asymmetric dual grating gate bilayer graphene fets with integrated bowtie antenna // Nanomaterials. 2024. Vol. 14, iss. 4. P. 383. DOI: 10.3390/nano14040383.
- Boubanga-Tombet S., Knap W., Yadav D., Satou A., But D. B., Popov V. V., Gorbenko I. V., Kachorovskii V., and Otsuji T. Room-temperature amplification of terahertz radiation by gratinggate graphene structures // Physical Review X. 2020. Vol. 10, iss. 3. P. 031004. DOI: 10.1103/ PhysRevX.10.031004.
- Cosme P., Tercas H. Terahertz laser combs in graphene field-effect transistors // ACS Photonics. 2020. Vol. 7, iss. 6. P. 1375–1381. DOI: 10.1021/acsphotonics.0c00313.
- Xiao Z., Jiang Z., Wang X., Cui Z. Switchable polarization converter with switching function based on graphene and vanadium dioxide // Journal of Electronic Materials. 2023. Vol. 52, iss. 3. P. 1968–1976. DOI: 10.1007/s11664-022-10149-0.
- Polischuk O. V., Melnikova V. S., Popov V. V. Giant cross-polarization conversion of terahertz radiation by plasmons in an active graphene metasurface // Applied Physics Letters. 2016. Vol. 109, iss. 13. DOI: 10.1063/1.4963276.
- Guo T., Argyropoulos C. Broadband polarizers based on graphene metasurfaces // Optics letters. 2016. Vol. 41, iss. 23. P. 5592–5595. DOI: 10.1364/OL.41.005592.
- Moiseenko I. M., Fateev D. V., Popov V. V. Dissipative drift instability of plasmons in a single-layer graphene // Physical Review B. 2024. Vol. 109, iss. 4. P. L041401. DOI: 10.1103/PhysRevB.109. L041401.
- Narozhny B. N. Electronic hydrodynamics in graphene // Annals of Physics. 2019. Vol. 411. P. 167979. DOI: 10.1016/j.aop.2019.167979.
- Bandurin D. A., Torre I., Krishna Kumar R., Ben Shalom M., Tomadin A., Principi A., Auton G. H., Khestanova E., Novoselov K. S., Grigorieva I. V., Ponomarenko L. A., Geim A. K., Polini M. Negative local resistance caused by viscous electron backflow in graphene // Science. 2016. Vol. 351, iss. 6277. P. 1055–1058. DOI: 10.1126/science.aad0201.
- Kumar C., Birkbeck J., Sulpizio J. A., Perello D., Taniguchi T., Watanabe K., Reuven O., Scaffidi T., Stern Ady, Geim A. K., Ilani S. Imaging hydrodynamic electrons flowing without Landauer–Sharvin resistance // Nature. 2022. Vol. 609, iss. 7926. P. 276–281. DOI: 10.1038/s41586-022-05002-7.
- Svintsov D., Vyurkov V., Ryzhii V., and Otsuji T. Hydrodynamic electron transport and nonlinear waves in graphene // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 88. P. 245444. DOI: 10.1103/PhysRevB.88.245444.
- 194 просмотра