近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究在激光控制轉(zhuǎn)角雙層石墨烯產(chǎn)生超快光電流方面取得新進展。相關(guān)研究成果發(fā)表于Physical  Review B上。

超快光學(xué)技術(shù)的進步使得在亞飛秒時間尺度上相干操縱固體中的電子運動成為可能。近年來，人們利用周期量級驅(qū)動光脈沖在一系列的絕緣體和半導(dǎo)體材料中都激發(fā)出了光電流，并對這個過程做了廣泛而深入的研究。轉(zhuǎn)角雙層石墨烯作為一種新型狄拉克材料，展現(xiàn)了很多全新的物理現(xiàn)象，例如超導(dǎo)性和類模特絕緣態(tài)等，引起了很多的關(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(gòu)型的轉(zhuǎn)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程。結(jié)果表明，光致電流會受到光電場載波波形的控制，體現(xiàn)出對光脈沖載波包絡(luò)相位和探測電極取向的共同依賴。此外，不同的光電場強度可以引起電子躍遷機制的改變，當驅(qū)動光場增大到強場范圍時，光電流表現(xiàn)出非單調(diào)行為，甚至發(fā)生明顯的方向反轉(zhuǎn)，這在單層石墨烯和傳統(tǒng)的AA、AB堆疊的雙層石墨烯中不會發(fā)生。研究人員成功揭示了電流反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角引入了新的自由度，使得轉(zhuǎn)角雙層石墨烯形成周期性更高的莫爾超晶格，從而導(dǎo)致布里淵區(qū)的能帶折疊，讓這種干涉過程更容易發(fā)生。該項研究為探索層狀二維材料的非線性光學(xué)響應(yīng)奠定了基礎(chǔ)，也為超快光電器件的設(shè)計提供了思路。

圖2.單層石墨烯MLG（黑色實線）、AA 堆疊雙層（藍色虛線）、AB 堆疊雙層（紅色點線）和 tBLG（綠色點劃線）中光電流隨場強的變化(a)密度矩陣模型和(b) TDSE模型。

圖3.參與電流反轉(zhuǎn)的主要能帶和躍遷通道。

相關(guān)鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.014309