[論文レビュー] `Trapped Rainbow' in Graphene

Lina Zhao, Susanne F. Yelin|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2008

Quantum optics and atomic interactions被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、グラフェン中の質量ゼロのディラックフェルミオンが静電的p-n-pジャンクションでゴース＝ハエンチェン効果に類似したシフトを示すことを提案しており、電場のみを用いた準粒子のコherent制御を可能にする。導波モードの分散関係は、静電的ゲートを用いることで、グラフェンベースのデバイス、例えばチューナブルミラー、バッファ、メモリの設計を可能にする。

ABSTRACT

We theoretically report that, at a sharp electrostatic step potential in graphene, massless Dirac fermions can obtain Goos-Hanchen-like shifts under total internal reflection. Based on these results, we study the coherent propagation of the quasiparticles along a sharp graphene \emph{p-n-p} waveguide and derive novel dispersion relations for the guided modes. Consequently, coherent graphene devices (e.g. movable mirrors, buffers and memories) induced only by the electric field effect can be proposed.

研究の動機と目的

• グラフェンにおける鋭い静電的ポテンシャルステップでの質量ゼロのディラックフェルミオンの挙動を調査すること。
• グラフェンにおける全内反射下でゴース＝ハエンチェンに類似したシフトが生じるかどうかを調査すること。
• p-n-p波ガイドに沿ってガイドされる準粒子モードの分散関係を導出すること。
• 電場効果のみで動作する新しいコherentなグラフェンベースのデバイスを提案すること。

提案手法

• グラフェンにおける鋭い静電的ポテンシャルステップでのディラックフェルミオンの散乱に関する理論的分析。
• 量子力学的形式を適用して、ゴース＝ハエンチェン効果に類似した横方向シフトを計算すること。
• 静電的ドーピングを用いて準粒子を閉じ込め、ガイドするp-n-p波ガイド構造のモデル化。
• 接合部における散乱特性に基づいて、新しいガイドモードの分散関係を導出すること。
• グラフェンにおける質量ゼロのフェルミオンのディラック方程式を用いて準粒子ダイナミクスを記述すること。
• 波ガイド幾何構造におけるコherentな伝搬条件およびモードの閉じ込めの分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量ゼロのディラックフェルミオンがグラフェンで全内反射下に置かれた場合、ゴース＝ハエンチェンに類似したシフトが生じるか？
• RQ2 静電的p-n-pジャンクションは、グラフェンにおける準粒子のガイド伝搬にどのように影響を与えるか？
• RQ3 このような波ガイドで形成されたガイドモードの分散関係は何か？
• RQ4 電場チューニングのみで、ミラーおよびメモリのような機能的なグラフェンベースのデバイスを実現できるか？

主な発見

• グラフェン中の質量ゼロのディラックフェルミオンは、全内反射下の静電的ポテンシャルステップで顕著なゴース＝ハエンチェンに類似したシフトを示す。
• 理論的モデル化により、グラフェンにおけるp-n-p波ガイドに沿った準粒子のコherentな伝搬が確認された。
• ガイドモードのための新しい分散関係が導出され、静電的ポテンシャルプロファイルに強く依存することが示された。
• これらの結果により、静電的ゲートを用いることで、ミラー、バッファ、メモリなどのチューナブルなグラフェンデバイスの設計が可能になった。