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斜入射快速带电粒子穿过石墨烯时的能量损失与渡越辐射

DOI：10.1103/PhysRevB.98.195410 期刊：Physical Review B 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 我们针对扫描透射电子显微镜（STEM）中斜入射单层石墨烯的带电粒子能量损失通道进行了完全相对论计算，区分了以电子激发形式（欧姆损耗）沉积在石墨烯中的能量与以渡越辐射（TR）形式发射到远场的能量。通过定义描述纵向和横向激发过程的两个石墨烯面内介电函数（分别对应这两种能量损失通道），构建了问题模型。采用多种石墨烯电导率模型作为这些介电函数的输入参数，使我们能够讨论斜入射对太赫兹（THz）至紫外（UV）宽频范围内多个过程的影响。特别地，在THz频段，我们证明石墨烯电导率的非局域效应在推迟区并不重要，并展示了渡越辐射谱的纵向与横向贡献呈现强各向异性的角分布特征——这种特征可通过STEM中的阴极荧光测量清晰区分。此外，我们探究了中红外（MIR）频段斜入射快带电粒子激发石墨烯光学响应中所谓横向模式的可能性。最后我们发现：除MIR至UV频段纵向欧姆能量损失通常存在的高能峰外，斜轨迹下横向欧姆能量损失的平面分布可能呈现强方向性特征，该特征有望通过STEM中对石墨烯的动量-角度分辨电子能量损失谱观测到。
作者： Kamran Akbari，Silvina Segui，Zoran L. Mi?kovi?，Juana L. Gervasoni，Néstor R. Arista
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研究概述 实验方案

研究目的

研究带电粒子以斜入射方式穿过单层石墨烯时的能量损失通道，区分以电子激发形式（欧姆损耗）沉积在石墨烯中的能量与以渡越辐射（TR）形式发射到远场的能量。

研究成果

该研究得出结论：纵向与横向对发射太赫兹辐射谱的贡献呈现出显著各向异性的角向分布模式，这种差异可通过阴极荧光测量进行区分。研究还探讨了在石墨烯光学响应中激发中红外频段横向模式的可能性，并通过动量与角度分辨电子能量损失谱，识别出斜入射轨迹下欧姆能量损耗的方向性特征。

研究不足

该研究聚焦于真空环境中的单层石墨烯，忽略了可能影响能量损耗和辐射过程的介电基底或其他材料的影响。研究发现，在延迟区域内，石墨烯电导率中的非局域效应可忽略不计。

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