[论文解读] `Trapped Rainbow' in Graphene

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

Quantum optics and atomic interactions被引用 1

一句话总结

本文提出，石墨烯中的无质量狄拉克费米子在静电p-n-p结处表现出类似戈斯-哈恩琴的位移，仅通过电场即可实现对准粒子的相干调控。由此得到的导模色散关系使得仅通过静电栅控即可设计石墨烯基器件，如可调谐反射镜、缓冲器和存储器。

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.

研究动机与目标

• 研究石墨烯中无质量狄拉克费米子在尖锐静电势垒处的行为。
• 探讨在石墨烯中全内反射条件下是否会出现类似戈斯-哈恩琴的位移。
• 推导沿p-n-p波导传播的准粒子模的色散关系。
• 提出仅通过电场效应即可运行的新型相干石墨烯基器件。

提出的方法

• 对石墨烯中无质量狄拉克费米子在尖锐静电势垒处的散射进行理论分析。
• 应用量子力学形式化方法，计算类似于戈斯-哈恩琴效应的横向位移。
• 建立p-n-p波导结构模型，通过静电掺杂实现对准粒子的约束与导引。
• 基于结处的散射特性，推导导模的新色散关系。
• 使用石墨烯中无质量费米子的狄拉克方程描述准粒子动力学。
• 分析波导几何结构中的相干传播条件与模场约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全内反射条件下，石墨烯中无质量狄拉克费米子是否会出现类似戈斯-哈恩琴的位移？
• RQ2 静电p-n-p结如何影响石墨烯中准粒子的导引传播？
• RQ3 此类波导中形成的导模的色散关系是什么？
• RQ4 仅通过电场调控是否能够实现如反射镜和存储器等功能性石墨烯基器件？

主要发现

• 在全内反射条件下，石墨烯中的无质量狄拉克费米子在静电势垒处表现出显著的类似戈斯-哈恩琴的位移。
• 理论建模证实了石墨烯中p-n-p波导对准粒子的相干传播。
• 推导出导模的新色散关系，显示其对静电势分布具有强依赖性。
• 研究结果使得仅通过电场栅控即可设计可调谐石墨烯器件，如反射镜、缓冲器和存储器。