И.М. Моисеенко1, В.В. Попов2, Д.В. Фатеев3

1−3 СФ ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Саратов, Россия)

Постановка проблемы. В последнее время исследования по созданию усилителей, источников и детекторов терагерцевого (ТГц) излучения − наиболее активно разрабатываемые направления в современной фотонике [1-3]. Особый интерес для создания ТГц-усилителей и ТГц-источников представляют графеновые структуры с инверсией населенности носителей заряда, которая проявляется в виде отрицательной вещественной части проводимости как в монослое графена [4], так и в двухслойном графене [5]. Для создания инверсии носителей заряда в графене существуют различные методы накачки [6, 7], среди которых использование эффекта Вавилова−Черенкова является альтернативно возможным методом усиления ТГц-излучения в графене [8]. 

Цель. Провести исследование условий усиления электромагнитной ТГц-волны с ТМ-поляризацией, падающей на структуру на основе графена с постоянным электрическим током.

Результаты. Предложена концепция усилителя ТГц-излучения в структуре на основе графена с отрицательной дифференциальной проводимостью. Решена задача об усилении ТГц-волны в структуре на основе графена с дрейфом носителей заряда. Показано, что в структуре на основе графена с дрейфом носителей заряда коэффициент отражения падающей ТГц-волны превышает единицу, что свидетельствует об усилении ТГц-излучения в исследуемой структуре.  Практическая значимость. Структуры на основе графена с дрейфом носителей заряда могут стать основой для усилителей ТГц-излучения.

Моисеенко И.М., Попов В.В., Фатеев Д.В. Отрицательная проводимость графена с дрейфом носителей заряда // Нелинейный мир. 2021. Т. 19. № 2. С. 27−30. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700970-202102-06

1. Koppens F.H.L., Mueller T., Avouris P., Ferrari A.C., Vitiello M.S. and Polini M. Photodetectors based on graphene, other two-dimensional materials and hybrid systems // Nature Nanotech. 2014. V. 9. 780. 
2. Tonouchi M. Cutting-edge terahertz technology // Nature Photonics. 2007. V. 105. Р. 97.
3. Lewis R.A. A review of terahertz sources // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. Р. 374001.
4. Ryzhii V., Ryzhii M. and Otsuji T. Negative dynamic conductivity of graphene with optical pumping // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. Р. 083114.
5. Svintsov D., Otsuji T., Mitin V., Shur M.S. and Ryzhii V. Negative terahertz conductivity in disordered graphene bilayers with population inversion // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. Р. 113501.
6. Morozov M.Yu., Davoyan A.R., Moiseenko I.M., et al. Active guiding of Dirac plasmons in graphene // Appl. Phys. Lett. 2015. V.106. Р. 061105.
7. Oladyshkin I.V. et al. Optical emission of graphene and electron-hole pair production induced by a strong terahertz field // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. Р. 155401.
8. Svintsov D. Emission of plasmons by drifting Dirac electrons: A hallmark of hydrodynamic transport // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. Р. 195428.