一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子-激子耦合强度的方法技术

一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子

【技术实现步骤摘要】
一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子
‑
激子耦合强度的方法


[0001]本专利技术涉及一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子
‑
激子耦合强度的方法。

技术介绍

[0002]单层二维石墨烯薄膜是一种没有能隙且具有线性能量分布的半导体。这个特性赋予了石墨烯薄膜良好的导电性。双层石墨烯同样是零缝隙半导体，它具有抛物线能量分布特性，拥有更强的载流子迁移率。国内外许多学者围绕双层石墨烯薄膜的性质开展了系列研究。2007年，巴西的L.M.Malard教授等人提出了用拉曼散射来探测双层石墨烯的电子结构。2010年，美国加州大学伯克利分校的Wang Feng教授等人报道了双层石墨烯体系中多体Fano共振行为[2]。有学者在室温下观察双层石墨烯体系中具有长自旋弛豫时间[3]。朱卡的教授等人指出垂直于双层石墨烯薄膜平面的法向电场可以打破其对称性，从而改变其电子和振动特性，导致电子带隙开放。因此，离散的声子和电子
‑
空穴激子(简称激子)可以通过声子与电子态的相互作用进行耦合，进而产生了一个新的杂化声子系统[4]。然而，体系中声子与激子的耦合强度却难以直接计算，在一定程度上限制了人们对双层石墨烯体系内部物理机制的深入研究。因此，提出一种可以测量声子与激子耦合强度的方法十分必要。
[0003][1]L.M.Malard,J.Nilsson,D.C.Elias,J.C.Brant,F.Plentz,E.S.Alves,A.H.Castro Neto,and M.A.Pimenta，Probing the electronic structure of bilayer graphene by Raman scattering,Physics Review B 76(20),201401(R)(1
‑
4),2007.
[0004][2]Tsung
‑
TaTang,Yuanbo Zhang,Cheol
‑
Hwan Park,Baisong Geng,Caglar Girit,Zhao Hao,Michael C.Martin,Alex Zettl1,Michael F.Crommie1,Steven G.Louie,Y.Ron Shen and Feng Wang,A tunable phonon
–
exciton Fano system inbilayer grapheme,NatureNanotechnology.5,32
‑
36(2010).
[0005][3]T.
‑
Y.Yang,J.Balakrishnan,F.Volmer,A.Avsar,M.Jaiswal,J.Samm,S.R.Ali,A.Pachoudeng,M.Popinciuc,G.G
ü
ntherodt,B.Beschoten,and B.Observation oflong spin
‑
relaxation times in bilayer grapheme atroomtemperature,Physics ReviewLetters 107(4),047206(1
‑
4)(2011).
[0006][4]Wenhao Wu,Kadi Zhu,Nonlinear coherent optical responses oftunable optomechanical systembased on abilayer grapheme,Optics Communications 342(2015)199
–
203.

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子
‑
激子耦合强度的方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子
‑
激子耦合强度的方法，其特征在于：包括以下步骤；
[0009]1)用频率为ω
pu
的强泵浦光E
pu
和频率为ω
pr
的弱探测光E
pr
共同作用在双层石墨烯
薄膜上，使得电子与振动模之间产生可调谐的参数耦合；双层石墨烯薄膜体系等效为离散的被电子云修饰的二能级体系；在泵浦场频率ω
pu
位置的自旋波近似下，体系的总哈密顿量可表示为：
[0010][0011]表示声子能量的哈密顿量；表示电子
‑
空穴对激子能量的哈密顿量；量；表示声子
‑
激子的相互作用哈密顿量；表示泵浦光和探测光与声子的相互作用哈密顿量；
[0012]其中ω
n
表示石墨烯的振动频率，Δ
n
＝ω
n
‑
ω
pu
为离散两能级和泵浦场的频率失谐量，Δ
exk
＝ω
exk
‑
ω
pu
是激子频率，d
k+
和d
k
分别表示激子的产生和湮没算符，g
k
为G模声子
‑
电子态的耦合强度，E
pu
和E
pr
分别表示为泵浦场和探测场的慢变波包振幅，μ为激子的电偶极矩，矩，为泵浦场Rabi频率，δ＝ω
pr
‑
ω
pu
为探测
‑
泵浦失谐量；定义p＝σ
01
，∑
k
g
k
d
k
＝Ξ
‑
，
[0013]利用海森堡运动方程和对易关系[σ
z
,σ
01
]＝
‑
σ
01
，[σ
z
,σ
10
]＝σ
10
，[σ
10
,σ
01
]＝2σ
z
＝w，可得到朗之万方程组：
[0014][0015][0016][0017]其中Γ1表示激子的弛豫速率，Γ2为激子的退相速率，γ为电子
‑
空穴对激子驰豫速率，g为声子与激子在中心频率ω
ex
处的耦合强度；Δ
ex
＝ω
ex
‑
ω
pu
。
[0018]为了求解方程组(2)
‑
(4)，作近似处理：
[0019]w(t)＝w0+w1e
‑
iδt
+w
‑1e
iδt
,p(t)＝p0+p1e
‑
iδt
+p
‑1e
iδt
,Ξ
‑
(t)＝Ξ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量双层石墨烯薄膜体系中声子
‑
激子耦合强度的方法，其特征在于：包括以下步骤；1)用频率为ω
pu
的强泵浦光E
pu
和频率为ω
pr
的弱探测光E
pr
共同作用在双层石墨烯薄膜上，使得电子与振动模之间产生可调谐的参数耦合；则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：则该体系的四波混频信号可表示为：C5＝Γ1+iδ+iδ双层石墨烯薄膜体系等效为离散的被电子云修饰的二能级体系；在泵浦场频率ω
pu
位置的自旋波近似下，体系的总哈密顿量可表示为：置的自旋波近似下，体系的总哈密顿量可表示为：表示声子能量的哈密顿量；表示电子
‑
空穴对激子能量的哈密顿量；Σ
k
g
k
(σ
01
d
k+
+σ
10
d
k
)表示声子
‑
激子的相互作用哈密顿量；表示泵浦光和探测光与声子的相互作用哈密顿量；其中ω
n
表示石墨烯的振动频率，Δ
n
＝ω
n
‑
ω
pu
为离散两能级和泵浦场的频率失谐量，Δ
exk
＝ω
exk
‑
ω
pu
是激子频率，d
k+
和d
k
分别表示激子的产生和湮没算符，g
k
为G模声子
‑
电子态的耦合强度，E
pu
和E
pr
分别表示为泵浦场和探测场的慢变波包振幅，μ为激子的电偶极矩，Ω
pu
＝μE
pu
/为泵浦场Rabi频率，δ＝ω
pr
‑
ω
pu
为探测
‑
泵浦失谐量；定义p＝σ
01

【专利技术属性】
技术研发人员：李建波，姜阳阳，夏晓霜，龚博，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：