近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗室在激光控制轉角雙層石墨烯產(chǎn)生超快光電流方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表于Physical Review B上。
超快光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得在亞飛秒時(shí)間尺度上相干操縱固體中的電子運動(dòng)成為可能。近年來(lái)，人們利用周期量級驅動(dòng)光脈沖在一系列的絕緣體和半導體材料中都激發(fā)出了光電流，并對這個(gè)過(guò)程做了廣泛而深入的研究。轉角雙層石墨烯作為一種新型狄拉克材料，展現了很多全新的物理現象，例如超導性和類(lèi)模特絕緣態(tài)等，引起了很多關(guān)注。
研究人員建立了兩種獨立互補的模型，從理論上研究了通約構型的轉角雙層石墨烯在少周期圓偏振激光脈沖激勵下的光致電流過(guò)程。結果表明，光致電流會(huì )受到光電場(chǎng)載波波形的控制，體現出對光脈沖載波包絡(luò )相位和探測電極取向的共同依賴(lài)。此外，不同的光電場(chǎng)強度可以引起電子躍遷機制的改變，當驅動(dòng)光場(chǎng)增大到強場(chǎng)范圍時(shí)，光電流表現出非單調行為，甚至發(fā)生明顯的方向反轉，這在單層石墨烯和傳統的AA、AB堆疊的雙層石墨烯中不會(huì )發(fā)生。研究人員成功揭示了電流反轉的主要原因在于費米能級附近幾條能帶之間直接和間接電子躍遷的量子干涉，這是由于層間相互作用和扭轉角引入了新的自由度，使得轉角雙層石墨烯形成周期性更高的莫爾超晶格，從而導致布里淵區的能帶折疊，讓這種干涉過(guò)程更容易發(fā)生。該項研究為探索層狀二維材料的非線(xiàn)性光學(xué)響應奠定了基礎，也為超快光電器件的設計提供了思路。
相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院戰略性先導科技專(zhuān)項的支持。
