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用于波前工程的时间调制超表面中的电调谐谐波
摘要： 通过打破互易性约束并产生高阶频率谐波，时变超表面调制会引发多种奇异的时空散射现象。我们提出一种时变超表面新型设计范式，通过电控调制相位延迟实现对生成频率谐波及其衍生波前的可调谐调控。研究表明：当光在时变超表面中经历频率转换时（该过程由调制相位延迟和生成谐波阶数决定），无论入射角与偏振状态如何，光都会获得与色散无关的相位偏移。谐波转换效率与调制相位延迟无关，仅取决于超表面单元的调制深度和谐振特性——在谐振点附近效率最高，随偏离谐振点而递减。这种调制诱导的相位偏移能在宽频段与入射角范围内，为生成谐波构建具有2π相移跨度的可调谐空间相位不连续性。 具体而言，我们将该方法应用于由石墨烯包裹硅微线构成的太赫兹时变超表面，基于多极子散射理论建立了精确高效的半解析模型。实验证实该设计规则可用于实现生成谐波的可调谐波束偏转与聚焦，并产生谐波空间解耦、全角度覆盖的异常弯曲以及双极性透镜等新奇效应。进一步研究时变超表面对生成谐波的角谱调控性能，验证其相位响应相对于入射波长与角度的恒定性。通过调制诱导相位偏移建立非互易关联，我们还探究了该超表面在波前工程中的非互易响应特性。该设计方法开创了一类兼具高效能、宽角度/频率带宽、波前调控能力、非互易响应及多功能特性的新型可调谐超表面。
关键词： 太赫兹、波前工程、非互易响应、石墨烯、时间调制、超表面
更新于2025-09-09 09:28:46
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探究石墨烯-hBN异质结构中应变与掺杂的纳米级起源
摘要： 我们采用共聚焦拉曼显微镜和最新提出的矢量分析方案，研究了二氧化硅（SiO2）衬底上剥离态石墨烯-六方氮化硼（hBN）异质结构中应变与载流子浓度的纳米级起源。研究对象包括两种异质结构：部分被hBN覆盖的SiO2基底石墨烯，以及完全封装在两片hBN薄片之间的石墨烯。我们扩展了矢量分析方法，实现了异质结构中应变与掺杂变化的分离空间成像。这使得我们能够直观量化环境因素对石墨烯载流子浓度的影响——这一长期存在争议的课题。研究进一步证明，石墨烯中的应变与载流子浓度变化源自异质结构的纳米级特征（如层间裂缝、褶皱及气泡）。对于hBN封装石墨烯中的气泡，静水压应变在气泡中心达到最大值，而载流子浓度峰值则集中于气泡边缘。研究表明拉曼光谱可作为探测石墨烯应变与掺杂的非侵入性工具，这对二维器件的工程化设计具有重要价值。
关键词： 六方氮化硼、拉曼光谱、应变、范德华异质结构、石墨烯、hBN、掺杂
更新于2025-09-09 09:28:46
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无需催化剂的乙二醇化学气相沉积法在二氧化硅/硅衬底上制备少层石墨烯薄膜
摘要： 无需催化剂的介电衬底上直接生长石墨烯是石墨烯电子学领域的一项挑战性工作。本文报道了一种通过化学气相沉积在二氧化硅/硅衬底上合成大面积少层石墨烯薄膜的简易方法，采用新型液体碳源（乙二醇）且无需任何催化剂。通过拉曼光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜对所得石墨烯薄膜进行了表征。制备了以石墨烯薄膜为沟道材料的场效应晶体管，其载流子迁移率达到707 cm2/V·S。该研究为二氧化硅/硅衬底上直接生长石墨烯提供了新策略，所合成的石墨烯薄膜在传感器、导电薄膜、电子器件等领域具有潜在应用价值。
关键词： 场效应晶体管、合成、无催化剂、石墨烯、乙二醇
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过低温合成的SiN<sub>x</sub>绝缘体在SiC衬底上制备的顶栅石墨烯场效应晶体管
摘要： 在4H-SiC衬底上制备了外延石墨烯薄膜构成的顶栅器件。原子力显微镜和拉曼光谱结果表明，在SiC衬底上合成了大面积高度均匀的单层石墨烯薄膜。通过催化化学气相沉积法（Cat-CVD）在65°C以下温度于SiC石墨烯器件上沉积SiNx钝化膜作为顶栅绝缘层。当在SiNx膜上形成顶栅电极后，栅极与源极之间未出现漏电流。输运特性显示器件在8至280K范围内呈现明显的双极特性，且电导率和场效应迁移率的温度依赖性表明单层石墨烯器件制备成功。此外，沉积SiNx后电荷中性点位置约在0V处，显示出p型掺杂特性。这些结果表明Cat-CVD合成的SiNx薄膜可用作栅绝缘层，且通过调节沉积条件可能控制载流子类型。
关键词： 氮化硅，催化化学气相沉积，场效应晶体管，石墨烯，碳化硅衬底
更新于2025-09-09 09:28:46
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石墨烯/六方氮化硼超晶格器件中扭转角的应变工程
摘要： 通过用六方氮化硼（hBN）替代二氧化硅作为衬底，并在石墨烯/hBN异质结构中形成超晶格，人们得以观测到霍夫斯塔特蝴蝶、拓扑电流和非常规超导性等新奇物理现象。这类器件通常是将石墨烯蚀刻成霍尔棒形状并连接金属电极制成。金属电极的沉积方式、触点的设计与具体配置会深刻影响器件的电子特性，甚至可能改变石墨烯/hBN超晶格的排列取向。本研究我们探测了采用两种金属触点（二维面接触与一维边缘接触）连接的hBN上石墨烯的应变构型。结果表明：面接触会在石墨烯层沿两个相反引线方向引入应变，导致器件通道内形成复杂应变模式；而边缘接触则未呈现此类应变模式。有限元模拟证实该应变模式源自夹持在石墨烯上的金属触点机械作用。热退火虽降低整体掺杂浓度但增加总应变，表明石墨烯与hBN相互作用增强。值得注意的是，两种触点构型使石墨烯/hBN超晶格产生不同扭转角，经热退火后趋于相同值——该发现证实即便存在应变梯度，石墨烯/hBN超晶格仍具有自锁机制。本实验对基于异质结构的未来电子器件研发具有重要启示，并为二维材料中诱导复杂应变模式提供了新机理。
关键词： 拉曼、六方氮化硼、石墨烯、扭转角、超晶格、应变
更新于2025-09-09 09:28:46
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基于第一性原理的碱金属离子在石墨烯中诱导带隙开启研究
摘要： 最近，不同实验报道了通过沉积带正电的碱金属离子，在SiC(0001)表面形成的石墨烯狄拉克点处出现带隙开启现象。这对石墨烯在纳米电子器件中的无数实际应用显然具有重要意义。基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们获得了Na?、K?和Cs?离子与SiC上石墨烯相互作用时的电子能带结构和能量特性。研究表明，碱金属离子在完整石墨烯上的简单吸附不会产生显著能隙；而实际实验中观察到的明显带隙开启，是由于Stone-Wales缺陷和取代缺陷（带正电的碱金属离子取代碳原子）的形成，导致原始石墨烯碳原子间电荷对称性显著破坏所致。
关键词： 带隙开启、石墨烯、碱金属离子、斯通-威尔士缺陷、取代缺陷、密度泛函理论、第一性原理
更新于2025-09-09 09:28:46
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异质结构
摘要： 石墨烯中微弱的内禀自旋轨道耦合可通过邻近效应显著增强。我们报道了通过六方氮化硼（hBN）将石墨烯转移至拓扑绝缘体Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3（BSTS）上所诱导的自旋轨道耦合——该BSTS采用气固合成法生长于hBN衬底。相位相干输运测量揭示的弱局域化现象，使我们能提取出载流子浓度依赖的相位相干长度lφ。当参考样品hBN/石墨烯/hBN中的lφ随载流子浓度增加而增大时，石墨烯/BSTS体系中的lφ却因BSTS与石墨烯的邻近耦合而减小。后者源于石墨烯中存在D'yakonov-Perel'型自旋散射，其邻近诱导的自旋轨道耦合强度至少达2.5 meV。
关键词： 弱局域化、拓扑绝缘体、石墨烯、邻近效应、自旋轨道耦合
更新于2025-09-09 09:28:46
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石墨烯滤膜搭载的氧化锡纳米线晶体管化学传感器
摘要： 使用半导体传感器测量水中化学物质浓度时，若半导体沟道直接接触含化学物质的水体，会出现异常电流变化。为精确测定水中化学物质浓度，需用选择性滤膜覆盖半导体沟道区域——该滤膜允许化学蒸气通过但阻隔化学溶液和液态水。本研究采用掺杂十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷（HDF-S）的三维石墨烯选择性滤膜与氧化锡（SnO2）纳米线晶体管相结合的方法检测水中化学物质。该HDF-S改性的三维石墨烯滤膜能选择性透过化学蒸气而阻隔液态化学品和水体。当水中硝酸、甲苯、苯等化学蒸气穿透该滤膜接触SnO2纳米线沟道时，晶体管电导率会随化学物质浓度变化。因此将这种SnO2纳米线晶体管化学传感器浸入含化学物质的水体中，即可实现精确浓度测定。
关键词： 石墨烯、晶体管、氧化锡、选择性过滤器、化学传感器
更新于2025-09-09 09:28:46
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石墨烯中电子预湍流检测的前景
摘要： 基于大量数值模拟，同时考虑静电相互作用和耗散性电子-声子散射，我们提出了在石墨烯样品中维持电子预湍流的实验可行几何构型。特别预测在雷诺数10至50（实验可达值）范围内，以及10至100 GHz的宽频谱区间内会出现预湍流现象。
关键词： 雷诺数、电子-声子散射、石墨烯、电子预湍流
更新于2025-09-09 09:28:46
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利用克尔效应研究介电体与石墨烯介质界面的表面等离子体极化激元
摘要： 我们从理论上研究了克尔非线性作用下介质与石墨烯界面处表面等离激元极化子（SPP）的调控。通过利用介质中探测光束的可控克尔非线性信号，在介质与石墨烯界面产生SPP。通过控制场和克尔场对SPP的正向/负向吸收特性及色散特性进行调控，发现克尔非线性作用下SPP呈现显著放大（负吸收）效应?？硕窍咝钥筛谋洳⒌骺豐PP的色散正/反常斜率及传播长度，从而导致慢速与快速SPP传播的显著变化。这种可控的慢速与快速SPP传播现象，在纳米光子学、光学镊子、光伏器件、等离子体激元怪兽及传感技术等领域具有重要应用前景。
关键词： 克尔非线性、表面等离激元极化子、石墨烯
更新于2025-09-09 09:28:46