【QuantumATK亮点文章】电场诱导双层扭转石墨烯光谱变化

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研究内容

近年来,双层转角石墨烯受到了广泛关注,双层石墨烯发生相对旋转后,产生莫尔超晶格。旋转角度不同可以调控双层石墨烯的光电特性,除此之外,也可以通过像外电场这种外部条件来调控双层转角石墨烯的光电特性。

图1.电场下双层转角石墨烯、能带结构

作者用第一性原理方法,对外电场诱导双层转角石墨烯在中红外的电子结构和光学性质进行了理论计算。通过理论研究,发现外加电场在一定程度上使得导带和价带的相对位置发生变化。电场强度的变化能带导致导带和价带穿过费米能级,导致吸收光谱产生明显的变化。

图2.XX方向与YY方向的吸收光谱

此外,中红外区域几个特殊位置(1490 nm、1550 nm 和2442 nm)附近的介电函数对外电场的调节非常敏感。1550nm附近的介电函数表现出一定的等离基元特性,这将有助于设计新的光通信调制器和光学器件。电场控制的近红外等离子体激元可以用来增强相应的近红外荧光和长波激发拉曼光谱。

图3.XX方向介电函数

图4.YY方向介电函数

参考文献

Jizhe Song(宋继哲), Zhongyuan Zhang(张中元), Naixing Feng* (冯乃兴)and Jingang Wang*(王金刚)Electric Field Induced Twisted Bilayer Graphene Infrared Plasmon Spectrum. Nanomaterials 2021, 11(9), 2433