Electronic response of graphene to an ultrashort intense terahertz radiation pulse

Electronic response of graphene to an ultrashort intense terahertz radiation pulse (2013)

要旨訳:

我々は最近、垂直入射するテラヘルツ光パルスに対するグラフェンの非線形光学応答を無質量ディラックフェルミオン(MDF)描像で研究し、物理的に明快なグラフェンブロッホ方程式(GBE)を導いた(Ishikawa 2010 Phys. Rev. B 82 201402)。今回の研究では、これを、強結合(TB)モデルの場合と斜入射の場合に拡張した。導出した方程式により、バンド間遷移は、運動量空間内の電子軌道に沿ったスピノル位相の時間変化に支配されること、主としてディラック点近傍を電子が通過する時に生じることがわかった。垂直入射では、TBモデルでの電子ダイナミクスの方程式は、MDFモデルのGBEと同様の形に変形できる。斜入射では、方程式が自動的にフォトンドラッグ効果を含み、電子密度に対する連続の方程式を満たす。1電子ダイナミクスは、モデルやパルスパラメータに強く依存しているが、運動量空間で積分するとそのような差異は平均化される。また、モノサイクルのテラヘルツパルスに照射されたグラフェン中には、パルス後も直流電流が残り、この直流電流は直線偏光で垂直入射の場合でも生成される。生成された直流電流は、キャリアエンベローブ位相、パルス強度、フェルミエネルギーなどに複雑に依存する。

Abstract:

We have recently reported a study (Ishikawa 2010 Phys. Rev. B 82 201402) on a nonlinear optical response of graphene to a normally incident terahertz radiation pulse within the massless Dirac fermion (MDF) picture, where we have derived physically transparent graphene Bloch equations (GBE). Here we extend it to the tight-binding (TB) model and oblique incidence. The derived equations indicate that interband transitions are governed by the temporal variation of the spinor phase along the electron path in the momentum space and predominantly take place when the electron passes near the Dirac point. At normal incidence, the equations for electron dynamics within the TB model can be cast into the same form of GBE as for the MDF model. At oblique incidence, the equations automatically incorporate photon drag and satisfy the continuity equation for electron density. Single-electron dynamics strongly depend on the model and pulse parameters, but the rapid variations are averaged out after momentum-space integration. Direct current remaining after the pulse is generated in graphene irradiated by an intense monocycle terahertz pulse, even if it is linearly polarized and normally incident. The generated current depends on the carrier-envelope phase, pulse intensity and Fermi energy in a complex manner.

Source:

K. L. Ishikawa, Electronic response of graphene to an ultrashort intense terahertz radiation pulse, New J. Phys. 15, 055021 (27 pages) (2013). (http://dx.doi.org/10.1088/1367-2630/15/5/055021)